LA PLACA BASE
Es el esqueleto, el armazón, la plataforma física en la que se conectan todos los dispositivos que forman el equipo.
Su principal función es interconectar componentes y proporcionarles habitáculos, líneas eléctricas y señales de control para que todo el conjunto opere de forma fiable
Es el 2º elemento en importancia a decidir tras el procesador, pese a que no se le suele prestar demasiada atención.
Su importancia reside en los siguientes factores:
• Determina el rendimiento: define la velocidad de los componentes que integra, aunque éstos a su vez tienen distintas velocidades. Debe evitar los cuellos de botella en los subsistemas de transporte (buses) y almacenamiento (memoria)
• Determina la interoperabilidad: qué dispositivos y cuántos pueden formar parte del equipo. La elección de una determinada placa condiciona posibles ampliaciones y sustituciones de componentes, deben estar previstos estos cambios en los zócalos y conexiones de la placa
El PC es una arquitectura abierta, pero hay que tener en cuenta que hay fabricantes que buscan la incompatibilidad de sus componentes por lo que el conocimiento de las características deseables de una placa genérica y de los condicionantes presentes y futuros de una placa en particular son muy importantes.
Antes de analizar las prestaciones de una placa, hay que distinguir claramente: • Qué forma parte de la propia placa, y por tanto viene de serie
• Qué es lo que se conecta a posteriori, y por tanto está sujeto a adecuación
Forman parte de la placa
1-Elementos pasivos: veamos algunos
• La placa de circuito impreso, de entre 4 y 6 capas de fibra de vidrio insensible al calor por la que fluye la corriente a través de líneas conductoras
• Soldaduras: hechas por robots de extrema precisión, las buenas son brillantes, regulares y redondas, suaves al tacto
• Condensadores: están en la cercanía de los chips, formados por dos láminas conductoras eléctricamente aisladas mediante un un material denominado dieléctrico y enrolladas. La capacitancia o facilidad para cargarse se mide en faradios. Se utilizan como reserva de energía ante fluctuaciones de potencia y se sitúan en las zonas más susceptibles de sufrirlo, como el zócalo del micro. Tienen forma cilíndrica en la mayoría de los casos, pero los de tantalio tienen forma de lenteja.
Detalle de la placa y soldaduras Condensadores
Resistencias de distinto tipo. Están etiquetadas con un nombre que empieza por R 2- Reloj y multiplicadores y divisores:
• El reloj es un oscilador de cristal de cuarzo que emite pulsos sinusoidales a periodicidad exacta. Estos pulsos pasan a un circuito denominado generador de reloj, en el que son filtrados por un circuito PLL (Phase Looked Loop) que los adapta, modula y convierte en una señal de onda digital cuadrada y periódica que posteriormente es ramificada en otras de diferentes velocidades. Para ello se necesita una circuitería específica, los multiplicadores y los divisores
• Los multiplicadores adaptan y estabilizan la señal para circuitos más rápidos. P.ej. El procesador Intel Core i7-860 tiene un multiplicador 21x y está diseñado para operar en una placa con una velocidad de 133 Mhz para el FSB. Si multiplicamos 133Mhz x 21 nos dará una velocidad del reloj de 2.8 Ghz. Si alteramos al alza esta velocidad, podemos crear un overclocking, que tiene la ventaja de hacer que la máquina vaya más rápida pero puede tener efectos secundarios indeseados
• Los divisores por el contrario, transforman la señal para alimentar a circuitos que deben trabajar a velocidad más lenta
Como conclusión, decir que en el generador de reloj entra la señal del oscilador de cuarzo, y salen un número variable de señales digitales a diferentes frecuencias, que se convierten en las señales que utilizan el conjunto de chips de la máquina en función de su propias necesidades. Y una de estas señales en particular, alimenta el reloj de tiempo real.
3- Chipset:
Es el conjunto de circuitos controladores de las comunicaciones de la placa base. Después del procesador, ocupan la mayor área y son una pieza clave en el rendimiento del PC en su conjunto. De él depende, p. ej. la cantidad de memoria RAM que se puede conectar al ordenador, la capacidad de la caché, etc.
El juego de chips ha ido absorbiendo con el tiempo cada vez más funciones. Su diseño va completamente unido al de una familia de placas, siendo inseparables. Los mayores fabricantes son Intel y VIA (para AMD).
En toda placa hay dos tipos de chip:
• Puente norte (Northbridge): controlan los elementos que requieren mayor velocidad. Son de gran complejidad. Conectan el micro con la memoria, la tarjeta gráfica, los zócalos PCI-Express, el Bus Frontal del procesador y el Puente sur. Su tecnología es tan avanzada como la del microprocesador. Puede alcanzar actualmente hasta 1Ghz y tener incluso su propio disipador de calor.
• Puente sur (Southbridge): coordina los dispositivos de baja velocidad: puertos pci, usb, reloj en tiempo real, y otros dispositivos. Se conecta y subordina al puente norte
En la imagen se puede apreciar como el puente norte se encuentra siempre entre el zócalo del procesador, la memoria RAM y la tarjeta gráfica, en la zona de mayor tráfico de datos de la placa.
El puente sur por el contrario, aparece desplazado con respecto a este centro de actividad prioritaria.
4- Zona del procesador:
El zócalo del procesador es el lugar en el cual se inserta el micro (en las placas madre de ordenadores multiprocesadores puede haber varios) y que se denomina socket del procesador o, en equipos antiguos, slot o ranura.
O Ranura: se trata de un conector rectangular en el que se insertaba un procesador de manera vertical. Apareció con el Pentium II, siguió en el Pentium III y se abandonó posteriormente
O Socket: además de resultar un término general, también se refiere más específicamente a un espacio físico cuadrado con muchos conectores pequeños (más de 1000), en los que se inserta directamente el procesador.
El procesador debe insertarse con suavidad para que no se doble ninguna clavija (existen cientos de ellas). Para insertarlos con mayor facilidad, se ha creado un concepto llamado ZIF Zero Insertion Force (fuerza de inserción nula). Los sockets ZIF poseen una pequeña palanca que, cuando se levanta, permite insertar el procesador sin aplicar presión. Al bajarse, ésta mantiene el procesador en su lugar.
El procesador posee algún tipo de dispositivo infalible de inserción con la forma de una esquina con muescas, marcas coloridas o asimetría en los pines, que deben ser alineadas con las marcas respectivas del socket.
Además del propio zócalo, tendremos un sistema regulador de voltaje con chips y condensadores que controlan la estabilización eléctrica.
5- Buses:
Un bus es el conjunto de conexiones físicas (cables, placa de circuito impreso, etc.) Que pueden compartirse con múltiples componentes de hardware para que se comuniquen entre sí. Hay toda una jerarquía de buses. Aquí nos referiremos únicamente al FSB (front side bus) que comunica al procesador con el puente norte.
Para que un equipo pueda usar un determinado bus, la placa tiene que implementar el controlador de ese bus y tener los niveles eléctricos acordes con él.
El controlador del bus local tiene dos implementaciones:
- Una dentro del procesador, vinculada a su patillaje, responsable de la sincronización, temporalización y los diálogos, que se descompone a nivel lógico en:
O Bus de control: lleva por sus líneas las señales de sincronización, temporización, detección de errores, control de accesos compartidos, etc O Bus de datos: determina la anchura de la información a transmitir. Su número
de líneas multiplicado por la frecuencia de transmisión del bus nos da el ancho de banda, el indicador de la velocidad de comunicación en Mbytes/seg
O Bus de direcciones: a través de él se representan direcciones de memoria. El número de líneas suele ser menor de las que dispone el procesador, por lo que la placa base incluye circuitería para decodificarlas
- Otra en el puente norte: que recibe estos diálogos y los reconduce hacia el bus de memoria, el bus AGP o los buses con los periféricos
La frecuencia a la que trabaja el controlador del bus local en la placa base es la que se toma como referencia para la placa base en su conjunto, aunque puede ser multiplicada mediante técnicas que permiten enviar más paquetes de bits en cada pulso: DQR (Double Data Rate) ó QDR (Quad Data Rate)
6- Zona de la memoria:
- Zócalos de memoria: determinan el tamaño máximo de memoria que podemos tener. Pueden estar coloreados si hay más de un banco de memoria, y deben completarse los del mismo color al insertar los módulos de RAM. En la imagen de abajo en particular, además son de distinto tipo (DDR3 y DDR4)
- Controlador de memoria principal: es el responsable del diálogo con los bancos de memoria y se suele encontrar dentro del puente norte, aunque también hay modelos que lo encapsulan dentro del micro
7- Firmware (Hardware+Software):
- BIOS (Basic Input Output System): contiene el código máquina de todas las rutinas de servicio para las interrupciones de e/s, que son muy primitivas (entrada desde teclado, reloj de tiempo real, salida de monitor…), por lo que cuando se carga el S.O. son suplantadas. Es el programa que se utiliza como interfaz entre el sistema operativo y la placa madre. Contiene el menú de setup. Las opciones por defecto son las que indica el fabricante. Inicialmente la BIOS era una ROM, pero ahora se almacenan en la CMOS. La cara más conocida de la BIOS es la correspondiente al menú para la configuración del sistema o Setup. Cada menú tiene una opción por defecto que se corresponde con
la recomendación del fabricante
- RAM-CMOS: guarda los valores de la configuración. Además tiene una pila. Guarda hora, fecha del sistema y algunas configuraciones esenciales (como el número de pistas o sectores en cada disco duro). Se reconoce fácilmente en la placa, pues está etiquetada y suele tener una pegatina brillante
- Jumpers: son pines verticales con un cerco de plástico, que establecen los parámetros de configuración (similares a los de la BIOS) vía hardware, por ejemplo: velocidad de reloj, voltaje, borrado de la CMOS, etc
- Conmutadores manuales o DIP: de utilidad similar a los jumper, pueden estar a ON o a OFF, y al manipularlos hay que tener mucho cuidado, pues una configuración errónea podría incluso quemar la máquina
PUNTOS PARA LA CONEXIÓN DE DISPOSITIVOS:
1- Zócalos de expansión: para conectar dispositivos. Hay diferentes tipos: - ISA, EISA Y VESA (en desuso, años 80 y 90)
- PCI: son de propósito general. los hay de 32 bits y de 64 bits
- PCI EXPRESS: PCI Express aumenta el ancho de banda aumentando la frecuencia y se usa para tarjetas gráficas. Hay de distintos números de líneas y consiguientemente tamaños: 1x (250Mbytes/seg de transferencia), 2x, 4x (junto con la anterior, para servidores), 16x (para insertar tarjetas gráficas) y 32x (para placas base de alta gama). La nomenclatura n-x indica el factor de multiplicación de la velocidad de transferencia. - AGP: para la tarjeta gráfica, suele haber sólo uno y ha desaparecido en favor del PCI
Express
- AMR (AUDIO/MÓDEM RISER): para el sonido y el módem. Está obsoleto - CNR (COMMUNICATION/NETWORK RISER): para tarjeta de red. Obsoleto
- IDE: conexión tradicional para discos duros y unidades ópticas. Admiten sólo dos periféricos, uno de los cuales debe ser configurado como maestro y el otro como esclavo.
- SATA: conexión de alta velocidad para discos duros, con una velocidad de transferencia de 3gb por segundo
Los tipos de zócalo quedan determinados por el chipset, y su nº por el formato de la placa (lo veremos más adelante). Son la base para la ampliación de las capacidades del equipo.
2- CONECTORES DE ALIMENTACIÓN:
Para el procesador, la tarjeta gráfica y los ventiladores. En éstos casos la placa actúa como intermediaria para estabilizar y también para programar parámetros.
3- CONECTORES EXTERNOS:
Se encuentran en el borde de la placa y quedan a la vista al colocar la carcasa, son puertos de comunicación para:
- Ratón y teclado (PS2)
- Puerto serie macho (DB-9 y DB-25) - Puerto paralelo hembra (DB-25) - VGA
- Firewire (serie, alta velocidad) para cámaras de fotos y video
- Conector RJ45 (denominado LAN o puerto Ethernet) que permiten conectar el ordenador a una red
- Conectores integrados de tarjeta de sonido: altavoces, e/s, joystick - USB
- HDMI que provee una interfaz entre cualquier fuente de audio y vídeo digital y un monitor de audio/vídeo digital compatible
Puerto HDMI y conector
FACTOR DE FORMA DE LA PLACA MADRE (FORM FACTOR)
Un form factor define características estándar muy básicas como que de una placa base para que pueda integrarse en el resto de la computadora, al menos, física y eléctricamente. Naturalmente, éste no es suficiente para garantizar la interconexión de dos componentes, pero sí es el mínimo necesario. Las características definidas en un form factor son:
• La forma de la placa base: cuadrada o rectangular. • Sus dimensiones físicas exactas: ancho y largo. • La posición de los anclajes( tornillos).
• Las áreas donde se sitúan ciertos componentes. En concreto, las ranuras de expansión
y los conectores de la parte trasera
• Las conexiones eléctricas de la fuente de alimentación, es decir, cuantos cables
requiere la placa base de la fuente de alimentación, sus voltajes y su función. Veamos algunos de los más populares:
• AT miniatura/AT tamaño completo es un formato que utilizaban los primeros
ordenadores con procesadores de 8088 a 486
• ATX: el formato ATX es una actualización del AT miniatura. está diseñado para mejorar
la ventilación y facilitar la conexión de periféricos. Es la más usada actualmente.
• BTX: el formato BTX (tecnología balanceada extendida), respaldado por la marca Intel,
es un formato diseñado para mejorar tanto la disposición de componentes como la circulación de aire, la acústica y la disipación del calor. Los conectores internos se sitúan en paralelo, en el sentido de la circulación del aire. De esta manera, el microprocesador está ubicado cerca de la entrada de ventilación y lo más llamativo, girado 45 grados. Ha tenido muy poca aceptación.
• ITX: el formato ITX (tecnología de información extendida), respaldado por VIA, es un
Factor de forma Dimensiones Ranuras
ATX 305 x 244 mm AGP/6 PCI
microATX 305 x 244 mm AGP/3 PCI FlexATX 229 x 191 mm AGP/2 PCI Mini ATX 284 x 208 mm AGP/4 PCI Mini ITX 170 x 244 mm 1 PCI Nano ITX 120 x 244 mm 1 MiniPCI
BTX 325 x 267 mm 7
microBTX 264 x 267 mm 4
A modo símplemente orientativo, el siguiente esquema muestra los elementos principales vistos en una placa base:
