La placa base

Cuando abrimos un ordenador y vemos su interior, es inevitable sorprenderse con la placa base, también conocida como placa madre. La cantidad y variedad de componentes de la misma puede asustarnos un poco, pero en este post, vamos a analizarla y a quedarnos con algunas ideas básicas que nos ayuden a entender para que sirve. Pero lo primero de todo es entender que es la placa base y para que sirve.

La placa base es el circuito integrado que conecta todos los componentes del ordenador. Algunos de ellos, estarán directamente soldados a la placa. Otros, como la CPU o la memoria RAM, se conectan a través de conectores dedicados. Y el resto lo hacen a través de los llamados buses de expansion (puertos internos) o a través de los puertos externos.

Todo acaba conectándose a la placa base, ya sea por cable o por radio. Una impresora Wifi también se conecta a la placa base, es la única manera que tiene de estar accesible para la CPU.

Los componentes que conectamos, pueden ser de distintos fabricantes y la placa base tiene que poder conectarlos todos, por lo que se hace necesario llegar a una serie de pautas para asegurar la correcta conexión de todos ellos. Cualquier fabricante de cualquier componente que cumpla con esos estándares tendrá asegurada la correcta conexión de su componente a la placa base.

Estoy seguro que os podéis imaginar que el número de estándares es alto y afectan a un montón de factores: las dimensiones físicas, las características eléctricas o los protocolos de comunicación, por citar algunos.

Factor de forma

Para diferenciar los distintos estándares de placas base, nos vamos a fijar en el denominado factor de forma. Este es un estándar muy básico que principalmente define la forma (cuadrada o rectangular) de la placa base, algunas característica físicas y los conectores.

De este modo, si por ejemplo tenemos una placa base de un determinado factor de forma, solamente podremos conectarle una fuente de alimentación del mismo factor de forma.

Existen varios factores de forma, aunque pueden simplificarse en dos que tienen luego una serie de variantes:

• Factor AT: Es el más antiguo y suponía un tamaño de placa muy grande, además estaban pensadas para entornos de texto, con lo que podíamos conectar el teclado, pero no había conector para ratón. Sobra decir que estás placas están totalmente obsoletas y hoy en día no las encuentras en ningún ordenador, por lo que no hablaremos más de ellas en el resto del post.
• Factor ATX: Son las placas modernas de menor tamaño y con más conectores. Podemos encontrar muchas variaciones de estas, entre las que cambian algunas características, pero el funcionamiento y los componentes es prácticamente el mismo, por lo que en este post voy a dar una visión general. De todos modos, si alguien estuviera interesado puede encontrar un montón de información en Internet.

En clase, para dar a conocer a mis alumnos que los factores de forma son varios, suelo emplear la siguiente imagen:

Incluso para estos factores de forma tienes más variaciones, como es el caso del DTX, para el que puedes encontrar: DTX, Mini DTX y Full DTX.

Placas base propietarias

También existen las denominadas placas bases propietarias, que no siguen los estándares sino unas especificaciones propietarias del fabricante de la placa, lo que hace que sólo puedan conectársele componentes específicos del fabricante o de otros fabricantes que tengan algún tipo de acuerdo con el primero. DELL es una de las compañías que ha venido fabricando este tipo de placas.

Componentes de la placa base

La placa base es un soporte que integra un montón de circuitos integrados y conectores. Ciertamente, identificar todos los componentes de una placa base, asusta un poco. Si no me crees echa un ojo a esta imagen sacada de las instrucciones de una placa base:

Impone, ¿no? Es por esto que me apresuro a decirle a mis alumnos que no tienen que conocer el funcionamiento de toda la placa base, a fin de cuentas, no se van a dedicar a su diseño ni fabricación. Me vale con que sean capaces de identificar los principales componentes que podemos ver sobre ella cuando abrimos un ordenador. Hasta la fecha, tengo la impresión de que no les tranquilizo mucho, esto más bien lo consigo cuando algunas clases más tarde hacemos un taller, abrimos algunos ordenadores y se dan cuenta, por ellos mismos, que son capaces de identificar estos componentes.

En este apartado vamos a hacer un recorrido sobre los componentes más importantes que entiendo que tenemos que ser capaces de identificar. Para ello usaremos una placa de factor de forma ATX. Mi lista de componentes a identificar es:

• Conectores de la CPU: Zócalo y conector de alimentación del ventilador.
• Ranuras de la memoria RAM
• Conector de la Fuente de alimentación
• Puertos EIDE y Serial ATA
• Chipset: Northbridge y Southbridge
• Ranuras de expansión
• Chip de la BIOS
• Puentes y conmutadores DIP
• Pila de fecha y hora
• Puertos externos

Conectores de la CPU

En los primeros ordenadores, la CPU venía directamente soldada a la placa base y no llevaba ventilador, con lo que estaba a la vista y era fácil y rápidamente identificable. Sin embargo, con la evolución de las CPUs, estas tenían cada vez más y más contactos, y se hizo más conveniente no soldarla directamente a la placa base y utilizar un tipo de conector especial, el socket o zócalo de la CPU. Además, eran cada vez más rápidas y tenían mayor nivel de integración, lo que hacía que generaran más calor y que se incrementara la necesidad de disipar dicho calor.

Esta nueva necesidad se solucionó añadiendo a la CPU un sistema de disipación de calor. Hoy en día, las CPUs no las ves al abrir el ordenador, tienen encima un disipador y un ventilador que las tapan. El disipador está en contacto con la CPU a través de un gel conductor térmico, para favorecer la transferencia de calor de esta al disipador. Veríamos algo así:

Como ya comenté, la CPU no está directamente soldada a la placa base, sino que se conecta a un conector que es el que está soldado a la placa base. Te dejo una imagen en la que puedes ver un zócalo de CPU y el reverso de la CPU con todos los pines que encajan en el zócalo. Imagino que con esta imagen te puedes hacer una buena idea de cómo está conectada:

De toda esta estructura, realmente el componente de la placa base es el zócalo de la CPU, el resto son componentes que no pertenecen a la placa base, sino que se conectan a ella.

Imagino que estarás pensando que esto hace que podamos cambiar la CPU de una placa base, ya que no viene soldada a ella. Pues sí, así es. Aunque siempre tendremos que escoger una nueva CPU compatible con la placa base.

Adicionalmente, el ventilador de la CPU requiere de un conector para su alimentación. Este normalmente puede localizarse fácilmente porque vendrá etiquetado con FAN1

Ranuras de la memoria RAM

La memoria RAM es otro elemento que tenemos que conectar a la placa base para que la CPU pueda comunicarse con ella. Las placas base disponen de una serie de ranuras con una especie de pasadores que se emplean para sujetar las memorias RAM. Estarán localizadas muy cerca de la CPU para facilitar la comunicación.

Hay distintos formatos, con distintos números de conectores llamados pines, dependiendo del tipo de memoria RAM. Los veremos en detalle cuando explique las memorias RAM en otro post.

Conector de la fuente de alimentación

Es el conector empleado para conectar la fuente de alimentación y poder proporcionar potencia a todos los elementos de la placa base. Como todos los conectores de la placa base, el de la fuente de alimentación, ha ido evolucionando con el tiempo. Hoy en día, en las placas base modernas te encontraras con el conector ATX:

También podemos encontrarnos con los conectores EPS que proporcionan 12 voltios adicionales:

Cuando hablemos de la fuente de alimentación, veremos la evolución de los conectores de la misma a la placa base, así como del resto de conectores de la fuente que se emplean para suministrar potencia directamente a otros componentes, como podría ser el caso del disco duro.

Puertos EIDE y SERIAL ATA

Para la conexión de dispositivos internos, discos duros y unidades de CD-ROM, normalmente nos podemos encontrar con dos tipos de conexiones: El puerto EIDE y el puerto Serial ATA. Aquí os dejo unas imágenes de ambos:

Esto es lo más habitual, pero hay otro tipos de conectores, como los SCSI ( Small Computer System Interface) o los FDD (Floppy Disk Drive). Estos últimos en total desuso, ya que las memorias flash han sustituido completamente a los discos externos flexibles.

Chipset

El chipset es un conjunto de chips que ayudan a la CPU en sus comunicaciones con el resto de componentes, liberando a la misma de este trabajo. Actúa como el centro de comunicaciones y el controlador de tráfico de la placa base, y en última instancia determina qué componentes son compatibles con la placa base, incluidos la CPU, la RAM, los discos duros y las tarjetas gráficas.

Chip Northbridge: empleado por la CPU como mediador en las comunicaciones con la RAM. Este chip genera bastante calor debido al intenso trabajo que realiza, por lo que cuenta con su propio disipador y en algunos casos ventilador.

Chip Southbridge: actúa como mediador en la comunicación con algunos dispositivos de expansión y unidades de almacenamiento masivo: discos duros y disqueteras.

Cuando hablemos de la CPU y de cómo se comunica con el resto de componentes explicaremos el funcionamiento del Chipset y su función de apoyo a la CPU. Por el momento, nuestro objetivo es saber que existen e identificarlos en la placa base.

Ranuras de expansión

A parte de la CPU, la memoria y demás sistemas de almacenamiento, a la placa base también hay que conectar otros elementos como la tarjeta gráfica o un disco duro, por citar algunos. Para este propósito se diseñaron los buses de expansión que se conectan a la placa base a través de las ranuras de expansión, y estas son las que queremos identificar aquí.

Los buses de expansión han evolucionado mucho y si atendemos a la historia de los mismos tendría que presentar una larga lista de ellos. De entre los buses más antiguos que ya están obsoletos, destaco: bus ISA, bus MCA, bus EISA y bus VESA. Los cuales no voy a explicar, porque no os los vais a encontrar a menos que trabajéis con placas bases muy antiguas.

Me centraré en tres buses:

PCI: (Peripheral Component Interconnect): Son ranuras de propósito general, usadas por una amplia gama de tarjetas de expansión. Por ejemplo, puedes ser empleadas por una tarjeta Modem, una tarjeta de sonido, etc.

AGP (Accelerated Graphics Port): Suelen ser las que se encuentran más cerca del Northbridge, y se emplean para la conexión de las tarjetas de video.

CNR (Communications and Networking Riser): Se usan para las tarjetas de red y modem

Aquí dejo una imagen con todas ellas:

La BIOS

Las placas base tienen un conjunto de códigos que determinan a la CPU como debe comunicarse con los distintos dispositivos integrados en dicha placa. Estos códigos de programación, forman el sistema básico de entradas y salidas, conocido como BIOS, y se almacenan en un chip conocido como la Flash ROM.

Puentes y conmutadores DIP

En las placas base, podemos encontrar una serie de conmutadores que se usan para realizar cambios en la configuración de la placa. Por ejemplo, para ajustar la velocidad del reloj de la placa madre.

Pila de fecha y hora

La mayoría de las placas incorporan una pila que permite que se mantengan las configuraciones de fecha y hora con el ordenador apagado.

Puertos externos

Las placas base tienen una serie de puertos que son accesibles desde el exterior, sin necesidad de abrir la caja del ordenador. Estos puertos se emplean para conectar multitud de periféricos.

Aquí os dejo un ejemplo que muestra varios:

Bueno, y con esto he terminado la lista de componentes que pretendo que mis alumnos sean capaces de identificar al abrir un ordenador y ver la placa base.

NOTA:

Este post es parte de la colección “Arquitectura de Sistemas” que reproduce los apuntes de la clase que imparto sobre el tema en ESIC. Puedes ver el índice de esta colección aquí.