La Placa Base

La Placa Base#

Introducción#

La placa base (mother board) de un ordenador es el dispositivo sobre el que se insertan los demás componentes del PC, tales como el microprocesador, las diferentes tarjetas de expansión y la memoria. La función principal de la placa base es servir de vía de comunicación entre los citados componentes, proporcionando las líneas eléctricas necesarias y las señales de control para que todas las transferencias de datos se lleven a cabo de manera rápida y fiable.

Se diseña básicamente para realizar tareas específicas vitales para el funcionamiento del computador, como por ejemplo:

BIOS y UEFI#

Para que la placa base cumpla con su cometido, tiene instalado un software muy básico denominado BIOS (Basic Input Output System). Este software es almacenado en un chip de memoria EPROM* (Erasable Programmable Read-Only Memory, memoria sólo lectura que puede ser borrada y programada), cuyo contenido permanece inalterable al apagar el PC.

Se puede reprogramar y es el primer software en ejecutarse en el proceso de arranque de una placa base. El software del BIOS es almacenado en un circuito integrado de memoria ROM no volátil en la placa base. Está específicamente diseñado para trabajar con cada modelo de computadora en particular, interconectando los diversos dispositivos que componen el conjunto de chips complementarios del sistema.

En computadoras modernas, el BIOS está almacenado en una memoria flash, por lo que su contenido puede ser reescrito sin retirar el circuito integrado de la placa base. Esto permite que el BIOS sea fácil de actualizar para agregar nuevas características o corregir errores, pero puede hacer que la computadora sea vulnerable a los rootkit de BIOS.

La Interfaz de Firmware Extensible Unificada, Unified Extensible Firmware Interface (UEFI), es una especificación que define una interfaz entre el sistema operativo y el firmware. UEFI reemplaza la antigua interfaz del Sistema Básico de Entrada y Salida (BIOS) estándar presentado en las computadoras personales IBM PC como IBM PC ROM BIOS.

La UEFI puede proporcionar menús gráficos adicionales e incluso proporcionar acceso remoto para la solución de problemas o mantenimiento. La interfaz UEFI incluye bases de datos con información de la plataforma, inicio y tiempo de ejecución de los servicios disponibles listos para cargar el sistema operativo. UEFI destaca principalmente por:

La EFI hereda las nuevas características avanzadas del BIOS como ACPI (Interfaz Avanzada de Configuración y Energía) y el SMBIOS (Sistema de Gestión de BIOS), y se le pueden añadir muchas otras, ya que el entorno se ejecuta en 64 bits y no en 32 bits, como su predecesora. La EFI comunica el arranque además de con el ya clásico MBR (Master Boot Record), con el sistema GPT (tabla de particiones GUID) que solventa las limitaciones técnicas del MBR, a saber:

Componentes#

Figura 14. Diagrama de una placa base típica.

Los principales componentes de una placa base son los siguientes:

a) Zócalos o ranuras: son elementos para la inserción de componentes hardware. Hay dos tipos de zócalos:

i. Zócalos para el procesador: los principales son Intel y AMD. Tienen dos denominaciones distintas:

La placa base necesita una configuración de zócalo de microprocesador en función del tipo de procesador. ii. Zócalos para la memoria: sirven para la inserción de módulos de memoria y siempre son de tipo SLOT. Los zócalos de la memoria pueden ser de tipo DIMM (Dual Inline Memory Module) que son reconocibles externamente por poseer sus contactos (o pines) separados en ambos lados.

Los hay para módulos de 168, 184 y 240 contactos. Antecedentes de los DIMM están los módulos SIMM (Single Inline Memory Module), que poseen los contactos de modo que los de un lado están unidos con los del otro. Un DIMM puede comunicarse con el PC a 64 bits (y algunos a 72 bits) en vez de los 32 bits de los SIMM.

En DIMM se insertan módulos de memoria a ambas caras del módulo, en cambio en SIMM sólo se hace por una cara. Hay casos en los que no sirve ninguno de los módulos anteriores, entonces se usa SO- DIMM (Small Outline Dual Inline Memory Module) que consisten en una versión compacta de los módulos DIMM convencionales.

Se usan para dispositivos Tablet PC, impresoras, portátiles, algunas PDAs, etc. Los módulos SO-DIMM tienen 100, 144 o 200 pines. Los de 100 pines soportan transferencias de datos de 32 bits, mientras que los de 144 y 200 lo hacen a 64 bits. Estas últimas se comparan con los DIMMs de 168 contactos (que también realizan transferencias de 64 bits).

A simple vista, se diferencian porque las de 100 tienen 2 hendiduras guía, las de 144 una sola hendidura casi en el centro y las de 200 una hendidura parecida a la de 144 pero más desplazada hacia un extremo.

b) Voltajes: los valores de tensión están entre 3 y 12 Voltios.

c) Batería: es una pequeña pila que viene incorporada en todas las placas base y su función básica es mantener la alimentación eléctrica del reloj de tiempo real (RTC), así como diversos parámetros (sobre el disco duro y de configuración de usuario), que son utilizados por la BIOS en el arranque del computador.

d) Frecuencia (velocidad): es la que maneja el elemento de conexión único que existe en la placa base y el FSB (Front Side Bus).

Este bus representa el camino por el cual es posible integrar en la placa base los distintos componentes hardware para el intercambio de información entre microprocesador, memoria y el subsistema de Entrada/ Salida (subsistema de E/S). Para realizar intercambio de información con cualquiera de los elementos microprocesador, memoria y subsistema de E/S se debe hacer uso del FSB.

La velocidad del FSB es siempre inferior a la velocidad interna del microprocesador. En todo PC hay que diferenciar dos frecuencias distintas: la frecuencia interna o velocidad de ciclo del procesador y la frecuencia externa o velocidad del FSB. Hay que ajustar velocidades de los distintos componentes hardware. El elemento que introduce esa posibilidad de ajuste entre distintas velocidades es el chipset.

e) Chipset: es un conjunto de circuitos integrados con alta escala de integración diseñado con técnicas similares a las del microprocesador y que se especializan en la realización de dos técnicas fundamentales:

i. Controlar los intercambios de información entre microprocesador y memoria principal usando el FSB. ii. Controlar los intercambios de información entre microprocesador y subsistema de E/S haciendo uso del FSB.

En las placas base antiguas no existían los chipset. En estas placas existía un bus (ISA o EISA) que conectaba todos los componentes: la memoria, las tarjetas de controladores, tarjetas de video, procesador, teclado, etc. Todos estos componentes (incluyendo la CPU) funcionaban a la misma velocidad.

Cada nueva generación de procesadores requería unos componentes completamente distintos y el bus, cada vez, era más exigido para proporcionar mayor velocidad. Algunos fabricantes intentaron construir dispositivos que pudieran funcionar a distintas velocidades, aunque no lo consiguieron lograr con la suficiente calidad.

Para reducir los problemas de compatibilidad y evitar el consiguiente gasto en cada nueva generación de procesadores, Compaq (en 1985) separó la velocidad del bus de la velocidad del procesador. De esta forma, se evitaba que con cada nuevo procesador se tuvieran que construir nuevas versiones de los dispositivos conectados.

Esta mejora fue muy importante, pero requería una nueva interfaz para que todos los dispositivos pudieran seguir funcionando a distintas velocidades. Los fabricantes de placas base comenzaron a proporcionar más chips para componentes en vez de la tarjetas de expansión. Los primeros fueron para los controladores de teclado, a los que se añadieron controladores de discos flexibles (diskettes), puertos serie, y controladores de disco duro (año 1994).

Se había comenzado el cambio de los componentes integrados en las placas base. Después de sufrir durante mucho tiempo los buses lentos, Intel introdujo (en 1994) el bus PCI pensado como un bus de expansión, más que propiamente como solo un bus. Con PCI, se comenzó el uso de un lenguaje propio y único, con un bridge incorporado que permitía la traducción de los comandos PCI al lenguaje de la CPU y de la memoria RAM.

De esta forma, se podía trabajar tanto con el bus PCI como con la CPU y la memoria RAM de una forma sencilla. Este bridge fue llamado North Bridge. Para conservar la compatibilidad con los buses anteriores (ISA o EISA) y los componentes no integrados de estos buses, se construyó otro bridge (South Bridge) que se comunicaba con ellos. Todos estos componentes constituyeron el origen de los chipset’s.

Figura 15. Comunicación entre North Bridge y South Bride.

En la actualidad, cualquier placa base debería proporcionar, como mínimo, dos chipsets integrados a la placa (no insertados en zócalos)

i. Chipset1, que vincule microprocesador y memoria principal. ii. Chipset2, que vincule microprocesador y subsistema de E/S.

El chipset es un elemento esencial de la placa base. Hace posible que la placa base funcione como eje del sistema, dando soporte a varios componentes e interconectándolos de forma que se comuniquen entre ellos a través de diversos buses. Es uno de los pocos elementos que tiene conexión directa con el procesador, gestiona la mayor parte de la información que entra y sale por el bus principal del procesador, del sistema de vídeo y muchas veces de la memoria RAM.

El primer grado de obsolescencia de una placa base depende del chipset, ya que no hay posibilidad de modificar el chipset pues va soldado a ella. El grado de actualización, en cuanto a conectores y buses de E/S, está condicionado por el chipset2. Algunos fabricantes de chipsets son Intel, AMD, VIA Technologies, NVidia y ALI. Las diferentes funciones lógicas que suele integrar cualquiera de los chipsets actuales son las siguientes:

f) Elementos de expansión: la expansión está asociada con la funcionalidad del Chipset2 y se concreta con buses de expansión que pueden dar entrada a interfaces de E/S estandarizados y actualizados lo más posible.

g) Puertos y conectores: Conectores externos

cualquier red, y cuando el ordenador la detecta, entonces pasa a encenderse. El protocolo WoL incluye un componente llamado Paquete mágico, que es un paquete que se envía por la red local compuesto por una cadena de 6 bytes cuyo valor es 255 en valor hexadecimal, la cual es seguida por 16 repeticiones de la dirección MAC del equipo al que se le envía.*DIRECCION MAC (

): En las redes de computadoras, la dirección MAC (siglas en inglés de Medium

Access Control) es un identificador de 48 bits (6 bloques de dos caracteres hexadecimales 8 bits) que corresponde de forma única a una tarjeta o dispositivo de red. Se la conoce también como dirección física, y es única para cada dispositivo.

práctica totalidad de funciones de gestión de energía se encuentra en el propio sistema operativo, que debe incluir soporte para ACPI.

i) Las peticiones de interrupción (IRQ Interrupt ReQuest) Los recursos del sistema cobran una gran importancia, puesto que son compartidos por diferentes dispositivos físicos.

La cantidad de recursos del sistema es bastante limitada por razones derivadas del diseño del PC original, de tal forma, que a medida que se añaden dispositivos al sistema, la cantidad de recursos disponibles disminuye, hasta el punto de convertirse en un serio problema en sistemas con gran cantidad de dispositivos instalados.

Esto puede llevar a conflictos entre dispositivos que intenten hacer uso de un mismo recurso, generando uno de los principales problemas en la configuración de un PC. Básicamente, una interrupción es un mensaje enviado por algún componente del PC a otro componente, generalmente al microprocesador, que indica a éste que debe detener la ejecución de todo lo que esté haciendo, atender al dispositivo que envía la petición de interrupción y, posteriormente, continuar donde lo había dejado. Las señales enviadas se denominan peticiones de interrupción ó IRQ.

Figura 17. Placa Base ATX.

Con la evolución de las computadoras, más y más características se han integrado en la placa base, tales como circuitos electrónicos para la gestión del vídeo, de sonido o de redes, evitando así la adición de tarjetas de expansión:

En la placa también existen distintos conjuntos de pines, llamados jumpers o puentes, que sirven para configurar otros dispositivos:

Formatos de placa base#

Las placas base necesitan tener dimensiones compatibles con las cajas que las contienen, de manera que desde los primeros computadores personales se han establecido características mecánicas, llamadas factor de forma. Definen la distribución de diversos componentes y las dimensiones físicas, como por ejemplo el largo y ancho de la tarjeta, la posición de agujeros de sujeción y las características de los conectores. Con los años, varias normas se fueron imponiendo.

XT 1983: XT (sigla en inglés de eXtended Technology, «tecnología extendida») es el formato de la placa base de la computadora IBM PC XT (modelo 5160), lanzado en 1983. En este factor de forma se definió un tamaño exactamente igual al de una hoja A4 y un único conector externo para el teclado. AT 1984: AT (Advanced Technology, «tecnología avanzada») es uno de los formatos más grandes de toda la historia de la PC (305×279–330 mm), definió un conector de potencia formado por dos partes. Fue usado de manera extensa de 1985 a 1995.

ATX 1995: ATX (Advanced Technology eXtended, «tecnología avanzada extendida») fue creado por un grupo liderado por Intel, en 1995 introdujo las conexiones exteriores en la forma de un panel E/S y definió un conector de 24 pines para la energía. Se usa en la actualidad en la forma de algunas variantes, que incluyen conectores de energía extra o reducciones en el tamaño.

ITX 2001: ITX (Integrated Technology eXtended), con rasgos procedentes de las especificaciones microATX y FlexATX de Intel, el diseño de VIA se centra en la integración en placa base del mayor número posible de componentes, además de la inclusión del hardware gráfico en el propio chipset del equipo, siendo innecesaria la instalación de una tarjeta gráfica en la ranura AGP.

BTX 2004: BTX fue retirada en muy poco tiempo por la falta de aceptación, resultó prácticamente incompatible con ATX, salvo en la fuente de alimentación. Fue creada para intentar solventar los problemas de ruido y refrigeración, como evolución de la ATX.

DTX 2007: DTX eran destinadas a las PC de pequeño formato. Hacen uso de un conector de energía de 24 pines y de un conector adicional de 2x2.

Figura 18. Formatos y tamaños de Placas Bases.

Formatos propietarios Durante la existencia del PC, muchas marcas han intentado mantener un esquema cerrado de hardware, denominado formato propietario, fabricando placas base incompatibles físicamente con los factores de forma con dimensiones, distribución de elementos o conectores que son atípicos.

Entre las marcas más persistentes está Dell, que rara vez fabrica equipos diseñados con factores de forma de la industria. Fabricantes de placa base Varios fabricantes se reparten el mercado de placas base, tales como: Advantech, Albatron, Aopen, ASUS, AsRock, Biostar, Chaintech, Dell, DFI, ECS EliteGroup, FIC, Foxconn, Gigabyte Technology, iBase, iEi, Intel, Lenovo, MSI, Pc Chips, Sapphire Technology, Super Micro, Tyan, VIA, XFX, Zotac.

Algunos diseñan y fabrican uno o más componentes de la placa base, mientras que otros ensamblan los componentes que terceros han diseñado y fabricado.

Backplane#

Un backplane es una placa de circuito (por lo general, una placa de circuito impreso) que conecta varios conectores en paralelo, formando un bus de ordenador. Se utiliza para conectar varias placas de circuito impreso (tarjetas) que juntas forman una computadora.

Figura 19. Backplane con ranuras PCI, PCIe×1 y PCIe×16.