PLACA MADRE

 Nombre Jonathan Adrian Almeida vasquez

Cursos 1ero bachillerato tecnico c

Qué es una placa base y cómo funciona

¿Qué es una placa base?

La placa base es sin duda la parte más importante de un ordenador. Esta es la que va a determinar qué arquitectura tiene nuestro equipo en sus componentes internos. Cada placa base estará diseñada para albergar determinados componentes, o cierto tipo de familias de componentes y además va a soportar determinadas velocidades y capacidades que esos componentes tengan.

En la placa base irán conectados todos o casi todos los componentes que forma parte del ordenador, además será la encargada de establecer un bus de comunicación entre esos componentes (CPU, RAM, tarjeta gráfica) y los periféricos instalados en ella (mouse, Teclado, pantalla, etc)

Su aspecto físico es el de un circuito electrónico de unas determinadas dimensiones en el que están instalados una serie de elementos como chips, condensadores, conectores de componentes y líneas de electricidad que en su conjunto forman la estructura de un ordenador.

A casi todas ellas se le deben instalar cuatro componentes básicos:

• La fuente de alimentación
• El procesador central
• La memoria RAM
• Las unidades de almacenamiento

Las placas base constan de diferentes formatos físicos que determinan las dimensiones físicas que estas tendrán.

Formatos de placa base

Los formatos que podemos encontrar en el mercado vienen a ser los siguientes:

E-ATX

Es el factor de forma más grande del que disponemos en el mercado. Sus dimensiones son de 305 x 330 mm. Estas placas disponen normalmente de abundantes huecos para tarjetas de expansión y muchas posibilidades en cuanto a instalación de tarjetas gráficas en SLI o Crossfire.

Además, tendremos disponibles hasta 8 slots para la instalación de memoria RAM

ATX

Estas placas llevan en el mercado desde 1995 gracias a su implementación por parte de Intel. También son las más comunes que podemos encontrar. Sus dimensiones son de 305 x 244 mm aunque también hay algunas con dimensiones ligeramente diferentes. Eso sí, los agujeros para su colocación en los chasis deben estar ubicado exactamente en los lugares estandarizados.

Este tipo de placas bases son utilizadas para casi todos los tipos de sistemas, oficina, gaming, etc. Esto se debe a sus amplias posibilidades de expansión. Normalmente disponemos de 7 slots de expansión y 4 ranuras para la instalación de memorias RAM.

Micro ATX

Las placas base con este formato tienen unas dimensiones de 244 x 244 mm, por lo que son bastante más pequeñas que las anteriores, en torno a un 25%. Estas placas al ser de un formato más pequeño están orientadas a equipos de trabajo en oficina, los cuales no necesitan tantas ranuras de expansión y además ocupan chasis más pequeños.

Entre sus posibilidades de expansión cuenta con un máximo de 5 slots de expansión, aunque lo normal son 3 y huecos de hasta 4 memorias RAM. Este tipo de placas necesitarán chasis compatibles con su fijación ya que la posición de los tornillos será distinta a las placas ATX

Mini ITX

Este es el formato de placas más pequeño disponible para equipos domésticos. Consta de unas dimensiones de 170 x 170 mm. Para su fijación consta de cuatro taladros que coinciden con los instalados para una placa ATX.

En estas placas podemos encontrar un solo slot de expansión destinado a la tarjeta gráfica y dos slots para memorias RAM

Existen otros formados como el XL-ATX, pero no se suelen ver mucho en la gama baja / media. Sólo e la gama PREMIUM

Componentes físicos de una placa base

Esta será con diferencia la sección más amplia de este artículo, ya que la placa base dispone de gran cantidad de componentes que merece la pena nombrar. Comencemos entonces.

Chipset

El chipset o “conjunto de chips” son un conjunto de circuitos integrados que están diseñados para establecer la comunicación entre el procesador y los demás componentes instalados en la placa base. Estos elementos pueden ser la memoria RAM, los discos duros, slots de expansión y puertos de entrada y salida.

Con la evolución de la tecnología de las placas base, estos chips están normalmente constituidos por un solo chip central. Además, estos chips están exclusivamente diseñados para un conjunto de procesadores o una determinada marca y para determinados módulos de memoria RAM. Esto hace necesario que al adquirir una placa base del mercado nos veamos obligados a comprar también un procesador y módulos de memorias RAM compatibles para ella.

Placas base antiguas

Al chipset puede venir integrado mediante dos chips y también se les llama puente norte o North Brigde y puente sur o South Bridge. Cada uno de estos chips se encargan de unas determinadas tareas a realizar:

Puente norte: este chip está directamente unido al bus del procesador y tiene comunicación directa con éste y la memoria RAM. Este bus también se le llama Front Side Bus o (FSB) y es determinante en la velocidad y rendimiento de un equipo. Además de este también se encarga de la comunicación con los puertos PCI-Express, ya que estos son los que soportan los componentes de mayor velocidad como la placa base o las nuevas unidades de almacenamiento en estado sólido M.2 y PCI-E

Puente Sur: este chip está directamente conectado con el puente norte mediante el bus Directa Media Interface  o (DMI). Este chip se encarga de las comunicaciones de los dispositivos de entrada y salida y de conectar estos con el puente norte. Por ejemplo, Discos duros SATA, USB, Fire Wire, tarjeta de red, AUDIO, etc.

Placas base antiguas

Al chipset puede venir integrado mediante dos chips y también se les llama puente norte o North Brigde y puente sur o South Bridge. Cada uno de estos chips se encargan de unas determinadas tareas a realizar:

Puente norte: este chip está directamente unido al bus del procesador y tiene comunicación directa con éste y la memoria RAM. Este bus también se le llama Front Side Bus o (FSB) y es determinante en la velocidad y rendimiento de un equipo. Además de este también se encarga de la comunicación con los puertos PCI-Express, ya que estos son los que soportan los componentes de mayor velocidad como la placa base o las nuevas unidades de almacenamiento en estado sólido M.2 y PCI-E

Puente Sur: este chip está directamente conectado con el puente norte mediante el bus Directa Media Interface  o (DMI). Este chip se encarga de las comunicaciones de los dispositivos de entrada y salida y de conectar estos con el puente norte. Por ejemplo, Discos duros SATA, USB, Fire Wire, tarjeta de red, AUDIO, etc.

Placas base modernas

Actualmente con la aparición de los procesadores de varios núcleos como los Intel Core y los AMD FX este chipset se ha visto significativamente reducido a un solo chip, desapareciendo así el puente sur.

Esto se debe a que los nuevos procesadores integran dentro de ellos el controlador de memoria, por lo que van directamente conectados al bus de la memoria RAM.  Digamos que el puente FSB está integrado dentro del procesador y el bus encargado del resto de dispositivos recibe el nombre de Plataform Controller Hub (PCH) sustituyendo el bus DMI.

Tipos de chipsets

Existe una gran cantidad de modelos de chipset. Con cada evolución de los procesadores también es produce una evolución de estos chips. Como en todo, los hay de gama baja, para una gestión de componentes más reducida o de menor velocidad, una gama media y una gama alta que ofrece máxima velocidad y soporte para varias tarjetas gráficas y para las memorias RAM más rápida del mercado.

Según el fabricante de procesador podremos encontrar chipsets diseñados para procesadores AMD, y chipsets diseñados para procesadores Intel.

Zócalo de Microprocesador

Como no podría ser de otra forma, en la placa base es donde se debe instalar el microprocesador y para ello será necesario un zócalo con los conectores físicos para comunicar este con la placa. Hay dos tipos de zócalos:

• PGA (Pid Grid Array): en este zócalo existe un panel con agujeros para introducir dentro el microprocesador, el cual contará con pines de contacto para su inserción.
• LGA (Land Grid Array): en el zócalo se presenta una matriz de contactos chapados en oro que hacen contacto entre la placa base y el chip del procesador, el cual solamente tiene una superficie plana con puntos de contacto.

La tecnología de inserción se denomina ZIF (Zero Insertion Force) ya no el chip acopla perfectamente en el zócalo si necesidad de hacer fuerza en el proceso.

Al igual que ocurre con los procesadores, existen muchos tipos de zócalos para su instalación. Esto provoca que al comprar una placa base de una determinada arquitectura, sea necesario adquirir un procesador compatible con ella.

Además, cada placa base está diseñada para un fabricante de procesadores, por lo que, tanto el zócalo como el chipset deben ser compatibles con la marca en cuestión.

Slots de memoria RAM

Estos conectores o buses son los encargados de albergar los módulos de memoria RAM que se le vayan a instalar al equipo. Por lo general las placas base cuentan con 4 slots o las de gama alta con 8.

Estos slots estarán por lo general diseñamos para funcionar con tecnología dual channel (doble canal) o incluso quad channel (cuádruple canal). Al igual que ocurre con el procesador, cada placa base soportará una determinada arquitectura de memoria RAM.

Las placas base actualmente cuenta con distintos tipos de ranuras de RAM, aunque todas ellas pertenecen al estándar DDR. Tendremos: DDR, DDR2, DDR3, y DDR4

VRM

Siglas de Voltage Regulator Module. Son un conjunto de componentes que transforman la corriente eléctrica que le llega a la placa base a tensiones de distintos valores e intensidades para que sean utilizadas por los demás componentes instalados en la misma. Este componente a pesar de no ser especialmente llamativo, es fundamental para que los componentes funcionen correctamente y no se produzcan roturas.

Slots de expansión

Serán las ranuras que tienen la funcionalidad de ampliar el hardware instalado en nuestro equipo. En ellas se podrán instalar tarjetas gráficas, discos duros, tarjetas de red, tarjetas de sonido, etc.

Estos slots actualmente reciben el nombre de PCI-Express o PCI-E y son los sustitutos de los tradicionales PCI. Cada ranura de expansión PCI-E lleva 1, 2, 4, 8, 16 ó 32 enlaces de datos entre la placa base y las tarjetas conectadas. Este número de enlaces lo codificamos como un x de prefijo, por ejemplo, x1 para un enlace simple o unitario y x16 para una tarjeta con 16 enlaces, que son las utilizadas para las tarjetas gráficas. Cada uno de estos enlaces da una velocidad de 250 MB/s.

Si tenemos 32 enlaces, darán el máximo ancho de banda, o sea, 8 GB/s en cada dirección para PCIE 1.1. El usado de forma más común es el PCI-E x16 el cual proporciona un ancho de banda de 4 GB/s (250 MB/s x 16) en cada dirección. Un enlace simple es aproximadamente el doble de rápido que el enlace PCI normal. 8 enlaces tienen un ancho de banda comparable a la versión más rápida del bus AGP, que son los antiguos slots para tarjetas gráficas.

BIOS

La BIOS o Basic Input-Output System es una memoria de tipo ROM, EPROM o Flash-RAM que contiene información sobre la configuración de la placa base al más bajo nivel.

Dentro de la BIOS también hay un chip de memoria llamado CMOS, con el programa que almacena en su interior, es capaz de inicializar todos los componentes físicos de la placa para poder arrancar el equipo. Además, se encarga de chequearlos en busca de errores o ausencia de dispositivos, por ejemplo, falta de RAM, CPU o Disco duro.

La memoria de la BIOS está continuamente alimentada mediante una pila. De esta forma cuando se apaga la máquina no se pierdan los datos y parámetros configurados en el ordenador. Si por algún caso esta pila se agota o nosotros la retiramos, la información de la BIOS se reinicia a los valores por defecto, pero nunca se pierden.

Tarjeta de sonido y tarjeta de red

Son los chips encargados de procesar el sonido multimedia de nuestro equipo y la conexión de red. Sus chips están localizados cerca de los puertos de salida de la placa base y lo podemos identificar en muchas ocasiones por su distintivo de RealTek ya que este es fabricante de mucho de estos dispositivos integrados en la placa.

Conectores SATA

Este es el estándar de comunicación en los PC actuales para la conexión de discos duros mecánicos y también unidades SSD. En SATA, se utiliza un bus serie en lugar de paralelo para transmitir los datos. Es bastante más rápido que el tradicional IDE y más eficiente. Además, permite conexiones en caliente de los dispositivos y cuenta con buses mucho más pequeños y manejables.

En una placa base podremos disponer de hasta 6 o 10 de estos puertos para instalar discos duros. El estándar actual se encuentra en el SATA 3 que permite transferencias de hasta 600 MB/s

Conector M.2

Ya casi todas las placas cuentan con este puerto instalado. M.2 es el nuevo estándar de comunicación destinado a sustituir a medio y corto plazo la conexión para unidades SSD SATA. Utiliza protocolos de comunicación tanto de SATA como de NVMe. M.2 está destinado exclusivamente a la instalación de unidades de almacenamiento de esta forma evitamos ocupar ranuras PCI-E. Este estándar no cuenta con la velocidad de PCI-E pero es muy superior al SATA.

Para aprender más sobre el funcionamiento de una unidad SSD te recomendamos el siguiente artículo:

• Que es un una unidad SSD y cómo funciona [enlace]

Conectores de alimentación

La placa base debe conectar a una fuente de alimentación y para ello cuenta con distintos tipos de conectores de alimentación.

ATX

Es el conector tradicional que alimenta la placa base en la mayoría de sus componentes. Está compuesto por 24 cables o pines y normalmente está situado en el lateral derecho de esta, junto a los slots de RAM.

Alimentación de la CPU

Además del conector ATX2, casi todas las placas base nuevas, al menos las ATX, también tienen este tipo de conector destinado exclusivamente a alimentar el procesador. Este tipo de alimentadores ayudan a aumentar la alimentación de potencia de la placa base, sobre todo en casos de overclock de procesadores que necesitan más potencia para el consumo.

Podremos encontrar u conector de CPU de 4 pines (más antiguo), uno de 8, o uno de 4 + 6 pines. Sus funciones serán prácticamente las mismas las mismas, y todo ello van con una tensión de 12V.

Conectores externos

Estos conectores irán situados en un lateral de la placa base, casi siempre en el izquierdo. Serás los encargados de conectar los periféricos que tengamos en nuestro setup, por ejemplo, impresoras, mouse, teclados, altavoces, unidades de almacenamiento, etc. Podemos distinguir los siguientes tipos:

• PS/2: Existen dos puertos de este tipo, ya prácticamente en desuso. Tienen 6 pines y está destinados a conectar el teclado y el ratón. Ya prácticamente ningún teclado cuenta con este tipo de conector, por lo que son desplazados y sustituidos por USB
• USB (Universal Serial Bus): es el estándar de conexión serie más utilizado mundialmente. Este conector es plug and play, por lo que podemos conectar un dispositivo en caliente para que el sistema operativo lo reconozca inmediatamente. Además del intercambio de datos, también permite la alineación del periférico, por lo que es muy cómo y versátil. Actualmente existen cuatro versiones de este puerto, USB 1.1 con una velocidad de 12 Mb/s, USB 2.0 con 480 Mb/s, USB 3.0 con 4,8 Gb/s y USB 3.1 con 10 Gb/s
• FireWire: Es un estándar similar al USB, pero utilizado principalmente en américa. Tienen prácticamente las mismas funcionalidades que USB y cuenta con 4 versiones, siendo la más rápida la Firewire s3200 con 3,2 Gb/s
• HDMI o DisplayPort: Estos puertos existirán si la placa base cuenta con una tarjeta gráfica integrada. Es un estándar de comunicación multimedia digital que permite conectar dispositivos de video de alta definición. Por estos puertos viajan tanto la señal de vídeo como de audio por lo que son especialmente útiles. Actualmente han sustituido prácticamente en su totalidad al puerto VGA
• DVI y VGA: puertos para conectar pantalla antecesores del HDMI
• Ethernet: puerto destinado al conector RJ 45 de internet
• Jack 3,5”: Conector para dispositivos de salida o entrada de audio

Otros elementos

• Puertos internos para USB: en la parte inferior de la placa base hay disponibles conectores para ampliar los puertos USB de nuestro equipo. Normalmente irán conectados los puertos USB disponibles en los chasis.
• Puertos internos de sonido: al igual que con los USB, la placa dispone de un puerto interno para conectar micrófono y altavoces procedentes de puertos dispuestos en el chasis.
• Relojes: para sincronizar todos los componentes internos, son necesarios una serie de relojes que trabajan a distintas frecuencias, según la que necesite cada componente.
• Conectores de ventiladores: son conectores de 12V destinados a insertar ventiladores como el de la CPU o el chasis. Tienen 4 pines.
• Panel de arranque: son una serie de conectores de corriente en donde van conectados los botones del chasis que son los encargados de arrancar y resetear el sistema. También se conectarán los leds del disco duro y de encendido.

Funcionamiento de una placa base

El funcionamiento de una placa base es bastante complejo, debido a la gran cantidad de elementos instalados en ella y la cantidad de buses destinados al intercambio de información. Esquemáticamente lo podremos representar de la siguiente forma:

Es este esquema podemos distinguir los elementos principales que intervienen en el funcionamiento y gestión e información tomemos como referencia el proceso de arranque de un ordenador:

Lo primero que debe hacer una placa base antes de cargar el sistema operativo procedente del disco duro, es inicializar los componentes. El programa ubicado en la BIOS se encarga de chequear todos los dispositivos conectados a ella: CPU, RAM y Discos duros de forma básica. Si alguno de ellos falta, está roto o detecta otras anomalías, la placa base emitirá un código de error traducido en bips de sonidos o también mediante un código en un panel LED ubicado en esta.

Una vez está superada la etapa de verificación, el bus interno se carga de información procedente de las unidades de almacenamiento. Aquí intervienen tanto el puente sur (en caso de existir) y el puente norte.

Tras solicitar la información de discos duros, y dispositivos de entrada/salida y otros componentes, el puente norte se encarga de conectar el procesador con la memoria RAM. Esto se hace mediante el bus frontal o Front Side Bus (FSB). Este estará formado por 64 hilos o 64 + 64 en caso de implementar la tecnología de dual channel.

En cualquier caso, ya se encontrarán los datos del sistema operativo cargados en memoria para arrancar el equipo.

Simultáneamente el puente norte enviará las señales gráficas a la tarjeta gráfica, instalada en un slot CPI-E x16 directamente gestionado por él. O en su caso, conectará con la tarjeta gráfica instalada en la propia placa base. Esto se realiza por el bus FSB.

En cualquier caso, el ordenador arrancará y el intercambio de datos para su procesamiento será gestionado por los elementos conectados al bus y el chipset.