Motherboard: El Corazón del Computador

Soporte de Hardware y Software

Placa Madre

Ya hemos revisado los gabinetes y la fuente de poder con sus conectores, continuaremos con la Placa Madre.

Un computador necesita programas (software) y partes de computador (hardware) para su funcionamiento. Algunas partes están a la vista (monitor, teclado, mouse) y otras no tan visibles, ya que están conectadas a la placa madre.

La motherboard es la placa de circuitos impresos principal, que contiene los buses o rutas eléctricas que se encuentran en un PC.

Estos buses permiten que los datos se desplacen entre los diversos componentes que forman parte de un PC.

En la Figura (PPT), se muestra una variedad de motherboards. La motherboard también se conoce como placa madre, “placa del sistema”, “placa base”.

La placa madre es donde se conectan todos los elementos que conforman nuestro computador, por lo tanto es uno de los elementos principales del computador. Aquí se aloja la unidad central de proceso (CPU, central processing unit), la memoria de acceso aleatorio (RAM, random access memory), las ranuras de expansión, el conjunto de disipador térmico y ventilador, el chip del sistema básico de entrada y salida (BIOS, basic input/output system), el conjunto de chips y los circuitos que interconectan los componentes de la motherboard, además de los sockets, los conectores internos y externos, y diversos puertos.

Clasificación de las Placas Madre

Factor de Forma

El factor de forma de las placas madre se refiere al tamaño y la forma de la placa. También describe la disposición física de los distintos componentes y dispositivos en la placa madre. El factor de forma establece cómo se conectan los componentes individuales a la placa madre y la forma del gabinete del PC.

Existen diversos factores de forma para las placas madre. El factor de forma más común en los computadores de escritorio era el AT, que ya se encuentra prácticamente descontinuado, está basado en la placa madre AT de IBM. La placa madre AT puede medir hasta 30 cm de ancho aproximadamente. Este tamaño incómodo llevó a la creación de factores de forma más pequeños.

La colocación de disipadores térmicos y ventiladores suele interferir en el uso de las ranuras de expansión en los factores de forma más pequeños.

Un factor de forma de placa madre más moderno, el ATX, mejoró el diseño AT. La fuente de energía ATX se conecta a la placa madre mediante un único conector de 20 pines, en lugar de los confusos conectores P8 y P9 que se usaban con algunos de los primeros factores de forma. En lugar de usar un interruptor físico de cambio de estado, la fuente de energía ATX se puede encender y apagar con las señales que envía la placa madre.

El Micro-ATX es un factor de forma más pequeño que se diseñó para ser compatible con el factor anterior ATX. Como los puntos de montaje de una placa madre Micro-ATX y el panel de E/S (o sea, el panel posterior) es idéntico, se puede usar la placa madre Micro-ATX en un gabinete ATX de tamaño normal.

Como las placas Micro-ATX suelen usar los mismos conjuntos de chips y los mismos conectores de alimentación que las placas ATX de tamaño normal, pueden usar muchos de los mismos componentes. Sin embargo, los gabinetes Micro-ATX generalmente son mucho más pequeños que los ATX y tienen menos ranuras de expansión.

Modelo de Fabricación

En esta clasificación encontramos las siguientes divisiones:

• Placa integrada o compuesta: Es el modelo de placa madre que integra un grupo de tarjetas: video, sonido, red y puertos especiales USB. Está determinada en el mercado informático como una placa cómoda, fue la propuesta de la empresa SIS CORPORATION en 1996, es parte de la plataforma de las placas modernas que intentó bajar los costos y ha logrado introducir la constante de precios por características de trabajo. En la actualidad fue la propuesta de INTEL de la última década que ha permitido presentar al mercado de las placas madres costos accesibles al público en general.
• Placa plana o pura: Es el modelo de placa que no integra ningún tipo de tarjeta integrada como: video, sonido y red. Este tipo de tarjeta eleva considerablemente el precio de un computador, porque hay que comprar absolutamente todos los componentes, pero bajo las secuencias lógicas es una de las mejores formas de ensamblar un computador. ¿Por qué esta afirmación? La respuesta se enfoca a la idea de aplicar cada procedimiento en forma independiente y permitir mejores prestaciones para cada tarjeta instalada, por no depender de la placa principal, sino de sus tarjetas propias. Si trae conexión PS2 y USB básica para poder conectar el mouse y el teclado.

Componentes de la Placa Madre

Revisaremos algunos de los principales componentes de la placa madre (PPT). Iremos siguiendo el orden que nos muestra la imagen.

• Conector de la fuente: Es donde se conecta el enchufe de 20 o 24 pines que proviene de la fuente de poder, es donde se le da la energía a la placa.
• Bancos de memoria: Son los slots donde se insertan las memorias RAM.
• Conector de disquetera: Es la conexión de datos entre la placa madre y la disquetera.
• Conectores SATA: Es la conexión de datos entre la placa madre y las unidades ópticas (disco duro, lector de CD, Blu-ray, etc.).
• Puerto Sur: Controla los diferentes puertos de entrada y salida (puertos IDE, sonido integrado, etc.).
• Conector IDE: Es la conexión de datos entre la placa madre y las unidades ópticas, anterior al SATA.
• Slot PCI: Son ranuras o slots de expansión que sirven para conectar dispositivos adicionales en nuestro computador.
• Slot PCI Express: Es la evolución del PCI, son ranuras o slots de expansión que sirven para conectar dispositivos adicionales en nuestro computador.
• Tarjeta de sonido: Sirve para la entrada y salida de audio, tienen varios puertos para conectar parlantes, micrófonos, etc.
• Conectores USB: Es un tipo de conector estándar para distintos tipos de periféricos.
• Tarjeta de red: Es la conexión para el cable de red RJ45, con esta conexión podemos conectar un PC para integrarlo a una red.
• Conector VGA: Es la conexión para el monitor.
• Conectores PS2: Son los conectores para teclado y mouse.
• Socket para procesador: Aquí es donde se instala el microprocesador.
• Puente Norte: El puente norte gestiona las operaciones entre el procesador y los dispositivos de alta velocidad como la memoria RAM, la interfaz de video y la conexión por PCI Express.
• Pines para USB frontales.
• Batería: Esta batería alimenta la CMOS RAM para que no se pierda la configuración del setup de la BIOS. Duran aproximadamente 3 años.
• Chip de la BIOS: Aquí se aloja el programa de inicio a bajo nivel que toda placa madre tiene. Gestiona el proceso inicial de arranque enviándole órdenes al hardware.
• Chip de sonido integrado: Este chip integra toda la interfaz de audio de alta calidad.

El Chipset

El chipset permite la comunicación y la interacción de la CPU con los demás componentes de la PC. También permite el intercambio de datos con la memoria del sistema o RAM, las unidades de disco duro, las tarjetas de video y otros dispositivos de salida.

El chipset establece cuánta memoria se puede agregar a una motherboard. El tipo de conectores en la motherboard también depende del chipset.

La mayoría de los chipsets se dividen en dos componentes diferentes: el puente norte (northbridge) y el puente sur (southbridge). La función de cada puente puede variar según el fabricante.

Por lo general, el puente norte controla el acceso a la RAM y a la tarjeta de video, y la velocidad de comunicación de la CPU con ellas. A veces, la tarjeta de video está integrada en el puente norte.

En la mayoría de los casos, el puente sur permite la comunicación de la CPU con el disco duro, la tarjeta de sonido, los puertos USB y otros puertos de E/S.

Puente Norte (Northbridge)

El puente norte (en inglés northbridge) es el circuito integrado más importante del conjunto de chips, chipset. Recibe el nombre por situarse en la parte superior de las placas madre con formato ATX.

Es el encargado de las comunicaciones principales del computador, es decir, controla las funciones de acceso desde y hasta el procesador, la RAM, AGP o PCI-Express, memoria RAM, vídeo integrado (dependiendo de la placa) y con el puente sur; estos son los dispositivos de mayor velocidad de transferencia.

Entonces, 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.

La capacidad para soportar determinado tipo de microprocesadores, memorias RAM o placas AGP que tenga una placa madre para estará limitado por las capacidades del Northbridge de que disponga.

La tecnología de fabricación de un Northbridge es muy avanzada, y su complejidad, comparable a la de un microprocesador moderno.

Puente Sur (Southbridge)

El puente sur (en inglés southbridge) también es un circuito integrado, este se encarga de coordinar los diferentes dispositivos de entrada y salida y algunas otras funcionalidades de baja velocidad dentro de la placa madre. El puente sur no está conectado al procesador como el puente norte, sino que se comunica con ella indirectamente a través del puente norte.

La funcionalidad encontrada en los puentes sur actuales incluye soporte para:

• BIOS
• Componentes PCI (Peripheral Component Interconnect)
• Buses ISA y PCI
• Controlador para SATA
• Controlador de Interrupciones
• Administración de potencia eléctrica
• Interfaz de sonido AC97

Adicionalmente, el southbridge puede incluir soporte para Ethernet, RAID, USB y Codec de Audio. El southbridge algunas veces incluye soporte para el teclado, el mouse y los puertos seriales.

Zócalo del CPU

Se trata de un dispositivo integrado al motherboard sobre el cual se coloca el procesador. Este zócalo, también llamado socket, funciona como interfaz entre el circuito integrado del motherboard y el microprocesador. En otras palabras, es el encargado de hacer funcionar el procesador.

Los sockets para procesadores se diferencian básicamente por el factor de forma, es decir por su formato físico. Esta variación es esencial por dos motivos: por un lado, para distinguir los fabricantes y, por el otro, para separar las tecnologías dentro de la misma marca. Las diferencias dentro de una marca radican en el rendimiento de la CPU y el voltaje con el que se alimenta.

Los sockets, tanto para fabricantes Intel como para AMD, cuentan con una base que posee ranuras de contacto (donde se insertan los pines o contactos del procesador) y un sistema de anclaje conocido como guillotina. Entonces cuando hablamos de diferencias entre los sockets, estamos haciendo referencia a la cantidad de pines, al formato del procesador y al sistema de sujeción de éste. De esta manera sabemos que hay un socket para cada marca de procesador.

En la actualidad solamente existen dos fabricantes de procesadores que tenemos que conocer: Intel y AMD, y además debemos saber que los motherboards con socket para procesadores Intel son incompatibles con los que poseen socket para procesadores AMD, y viceversa.

Ranura para memoria RAM

La memoria RAM es uno de los dispositivos críticos de la PC, es decir si el PC no la tiene, este simplemente no funciona. Al tener cierta prioridad o relevancia sobre otros dispositivos no críticos, el módulo de memoria RAM se instala físicamente sobre la motherboard. Para ello, la placa madre necesita de una interfaz (slot) que soporta cada módulo de RAM.

Las ranuras donde se instalan los módulos de memoria RAM tienen características inherentes a su factor de forma. Es decir, cuentan con muescas de posición para diferenciar las tecnologías y se alimentan con distintos voltajes.

La variedad de módulos de memoria RAM lo veremos más adelante, aquí sólo nos ocuparemos de los detalles del slot para RAM.

Dijimos que existen diferentes factores de forma para los slots de RAM. Sin embargo, abordaremos la tecnología actual, conocida como DDR y sus evoluciones (DDR2 y DDR3).

Es importante destacar que DDR, DDR2 y DDR3 son incompatibles entre sí, tanto en su forma física como en el voltaje que necesitan para funcionar.

Es importante destacar que el factor de forma de cada una de las ranuras para memoria RAM ubicadas en la motherboard sólo es compatible con los módulos de la misma tecnología y es prácticamente imposible colocar un módulo con determinada tecnología en una ranura equivocada, simplemente no encajan.

Slot para video

Para comprender mejor este concepto, tenemos que comenzar por traducir la palabra slot como ranura. Tengamos en cuenta que muchos de los dispositivos de expansión se integran físicamente al motherboard mediante un slot o un socket.

La función del dispositivo de video (en palabras simples) es transformar las señales eléctricas desde el motherboard hacia el monitor.

La función del slot de video es actuar como interfaz (o intermediario) entre el motherboard y lo que se conoce como placa o tarjeta de video, para diferenciarse del dispositivo de video que viene integrado al motherboard.

Si pudiéramos dividir en dos capas al slot de video, podríamos ver en la cara superior la ranura o slot con sus respectivos tabiques de separación, cuya función es orientar la correcta posición de la placa de video, y en la imaginaria capa inferior, observaríamos una autopista de múltiples vías conocidas como buses. La función de estos buses es interconectar a todos los dispositivos que se relacionen con el motherboard para llevar y traer la información que va a procesarse o que ya fue procesada.

Slots de expansión

Ya hemos hablado de ranuras o slots específicos para dispositivos críticos, como, por ejemplo, los módulos de memoria RAM. En este caso veremos otras slots cuya función es ampliar las capacidades de hardware de la PC. Por ejemplo, mediante los denominados slots de expansión, podemos agregar tarjetas de red, tarjetas de sonido y puertos extras.

La importancia de estos slots radica justamente en la capacidad de expandir el rendimiento de un PC.

A lo largo de la historia de la computación han existido una enorme cantidad de ranuras de expansión, pero muchas de ellas han quedado en desuso y, en la actualidad, hay dos slots que predominan en las motherboards: el más antiguo pero vigente PCI y su evolución, el PCI Express. Los slots PCI sirven para instalar en el motherboard cualquier tipo de tarjeta de expansión para periféricos, como placas de video, sonido, red, módem, entre otros puertos. El estándar PCI fue desarrollado en el año 1993 por Intel y todavía sigue vigente.

PCI Express

Por su parte, el PCI Express es una variante del bus PCI, con bastantes mejoras en cuanto a velocidad y capacidad. Reemplaza a todas las demás arquitecturas (AGP y PCI), ya que podemos conectar en él cualquier tipo de dispositivo, aunque en general se usa para la incorporación de tarjetas gráficas.

Una característica muy importante de PCI Express es que aplica conexiones punto a punto, lo que mejora notablemente la comunicación entre dispositivos, porque es totalmente directa, y cada dispositivo posee su bus individual para comunicarse con el chipset u otros componentes.

BIOS

Su sigla significa Basic Input/Output System (sistema básico de entrada/salida), y no es más que un software, o, en realidad, un firmware, es decir, un programa alojado en un chip. Es el programa de inicio a bajo nivel que todo motherboard posee. Un programa de bajo nivel es aquel que actúa directamente con el hardware.

El BIOS es el encargado de gestionar el proceso inicial de arranque enviándole órdenes al hardware. Además, realiza comprobaciones de verificación para determinar si los dispositivos están en condiciones de funcionar y, luego, ejecuta la orden llamada bootstrap, que lleva a cabo la búsqueda y carga del sistema operativo.

Para acceder al BIOS del equipo lo que debemos hacer simplemente es presionar la tecla definida según el fabricante para esto (Suprimir, F2, F12, Esc) al encender el equipo y nos mostrará una pantalla negra o azul, una vez aquí estamos listos para configurar el hardware del computador.

Opciones del BIOS

A continuación revisaremos cada una de las opciones que nos muestra el BIOS para poder configurarlo (Imágenes en PPT)

• F10: Con esta tecla de función grabamos los cambios realizados en el SETUP y salimos de él. Si, por error, presionamos Esc, los cambios no se guardarán.
• Esc: Es la tecla de escape para salir del SETUP.
• PnP/PCI Configurations: Desde esta opción podremos configurar los controladores plug and play y demás parámetros que determinan el funcionamiento del bus PCI, como los recursos del sistema IRQ y DMA.
• Power Management Setup: Desde esta opción podremos establecer los parámetros que determinan la administración de la energía que utiliza el PC, y que es otorgada por la fuente de alimentación.
• Integrated Peripherals: Esta opción nos permite acceder a los parámetros de los periféricos integrados, como el controlador USB, el controlador de dispositivo de red, el dispositivo de audio y habilitar el puerto paralelo.
• Advanced Chipset Features: Desde esta opción podremos acceder a los parámetros de configuración más importantes del chipset, como el dispositivo de video integrado y los controladores de memoria (latencia y bus entre otros).
• Advanced BIOS Features: Lo más importante que encontraremos cuando accedamos a esta opción es la posibilidad de determinar cuál será la unidad desde la cual arrancará la PC. Las opciones refieren a las unidades de almacenamiento instaladas (disco duro, unidad óptica, disquetera o memoria USB).
• Standard CMOS Features: Cuando accedemos a esta opción podemos configurar la hora, el mes, el día y el año. Además podemos ver las unidades IDE y SATA instaladas (discos duros y unidades ópticas). Si tenemos una unidad de disquete, podremos habilitarla desde aquí.
• System Monitor: Si ingresamos a esta opción, podremos ver todos los parámetros correspondientes al voltaje administrado por la fuente de alimentación y las temperaturas del procesador y otros componentes del sistema.
• Load Defaults: Ésta es la opción adecuada para establecer los valores de todos los parámetros por defecto, es decir, aquellos que el SETUP tenía cuando salió de fábrica. Estos son los ideales para que la PC funcione.
• Set Password: Desde esta opción podemos agregar una palabra clave o contraseña para evitar intrusiones al SETUP y que otras personas establezcan parámetros que no sean los adecuados.
• Save & Exit Setup: Ésta es la opción para guardar los cambios realizados en los parámetros y salir de esta instancia para que la PC siga su carga hasta que se inicia el sistema operativo instalado.
• Exit Without Saving: Con esta opción podemos salir del SETUP sin grabar los cambios. Es ideal para evitar confusiones en el establecimiento de parámetros.

Por ejemplo, si quisiéramos iniciar el PC desde un dispositivo USB ya sea para instalar el sistema operativo o para ejecutar un live USB, lo que debemos hacer es buscar en el menú de Boot Setup o alguna frase similar, aquí simplemente seleccionamos la unidad con la cual queremos que inicie el computador. Puede ser el USB, el lector de CD o solo el disco duro.

Componentes integrados

A continuación, detallaremos las características principales de los dispositivos integrados en la motherboard, más precisamente, de los puertos de comunicación que estos se encargan de controlar, qué ventajas ofrecen y para qué se utiliza cada uno.

Los clásicos

La interfaz de video está presente actualmente en el 100% de las motherboards de gama baja y media, e incluso, en algunos de gama alta, donde la instalación de una o más tarjetas gráficas discretas es uno de sus principales objetivos.

A finales de la década de 1990, las primeros motherboards que incorporaban la interfaz gráfica eran realmente de muy mala calidad (tanto la interfaz de video como el motherboard en sí). Con el correr de los años, esta situación se revirtió, y las placas madre con este tipo de interfaz incorporada ya no son cuestionadas por su calidad.

Vale aclarar que para usos específicos, como los videojuegos de alta calidad, el diseño gráfico, la edición de video y la creación de animaciones 3D, una interfaz de video integrada no suele ser la mejor solución para estos casos, pero, para un uso hogareño estándar o de oficina, es más que suficiente.

Las motherboards con interfaz gráfica incorporada no incrementan su costo al contar con esta función. Sin embargo, la desventaja radica en que la interfaz onboard o integrada consume memoria RAM del sistema para poder funcionar en forma correcta.

Los conectores de salida de la interfaz pueden ser VGA, DVI, HDMI, DisplayPort o la combinación de algunos de ellos.

En cuanto al sonido, ocurre lo mismo que con el video: para un uso estándar, la interfaz incorporada puede cumplir las expectativas del usuario, pero no sucede lo mismo con asuntos más avanzados, como la edición, composición, mezcla o grabación multipista de audio semiprofesional y profesional. En ese caso, existen interfaces internas y externas para cubrir esos objetivos.

La interfaz de red es casi un asunto obligado en todo tipo de motherboard. La mayoría cuenta con un puerto Ethernet de 10/100, pero algunos de gama media o alta pueden llegar a incorporar un puerto GigaEthernet o de 1000 Mbps. Incluso, algunos modelos de lujo incluyen dos puertos Ethernet.

Panel frontal

Al hablar de panel frontal, nos referimos al conjunto de pines que se encuentra sobre una de las esquinas anteriores de la motherboard. Su función es conectar la botonera de mando del PC que se compone del botón de encendido o Power, la tecla de Reset, el LED on/off (encendido/apagado) y el LED de carga de disco duro.

Además de los mencionados, podemos encontrarnos con otro grupo de pines que corresponden a la conexión de puertos USB y salidas/entradas de audio. Cada uno de estos puertos tiene asignado un determinado pin: si la conexión se hace de modo erróneo, los puertos no funcionarán, pero el problema no pasará de allí.

Como podemos observar, la función del panel frontal es fundamental para poder encender, apagar y monitorear el estado del PC.

PPT: Podemos observar los conectores para el panel frontal del motherboard: los dos de la izquierda corresponden a puertos USB, el de la derecha a los comandos externos del gabinete (Power y Reset, entre otros).

Panel trasero

Si tuviéramos que separar la motherboard en dos, podríamos describir a la mitad anterior como el sector del panel frontal y a la mitad posterior como el panel trasero. En esta última parte encontraremos las interfaces de los dispositivos integrados, como, por ejemplo, el conector de video, las entradas y las salidas de audio y la interfaz de red. También hay en este panel conectores para el teclado, el mouse y los puertos USB, entre otros. Como estos conectores están soldados a la placa base, su reemplazo resulta inviable, aunque ante eventuales daños es posible incorporar otros puertos, generalmente mediante placas de expansión o adaptadores.

Debemos tener en cuenta que existe una cantidad básica de elementos que deben poseer los motherboards en su panel trasero pero, sin embargo, los fabricantes incorporan otros elementos de acuerdo con las características de la placa madre. Es por este motivo que en ocasiones podemos encontrar por ejemplo puertos eSATA para la conexión de dispositivos que permitan esta tecnología, como discos duros externos.

Conectores del Panel Trasero

• PS2 Verde: Es un conector dedicado para conectar un mouse.
• PS2 Morado: Es un conector dedicado para conectar un teclado.
• Puerto Serial: Ya no se encuentra en todas las placas, se utilizaba generalmente para conectar los mouse.
• Puerto Paralelo (LPT1): Tampoco se encuentra en todas las placas, se utilizaba para conectar impresoras.
• Puerto DB15 o VGA: Este puerto se utiliza para conectar el cable de datos del monitor.
• Entradas y salidas de audio: Sirve para conectar parlantes, micrófonos u otro dispositivo de audio.
• Puerto USB: Sirve para conectar cualquier tipo de dispositivo que funcione con esta tecnología.
• Puerto de Joystick: Sirve para conectar joystick, ya no está en uso ya que la mayoría en la actualidad son USB.
• Conector RJ45: Se utiliza para conectar el cable de red.

Puertos USB

USB significa Universal Serial Bus, es una interfaz plug and play (o sea se activa con solo enchufar el conector), permite conectar diferentes dispositivos, como teclados, mouse, cámaras, pendrives, discos externos, etc. Todo esto con una velocidad de transferencia de datos bastante buena.

Una de las características de este tipo de conexión es que se puede conectar una gran cantidad de periféricos con un solo PC ya que podemos maximizar la cantidad de puertos USB mediante HUBs USB. 2.0 fue la evolución del USB, también es conocido como Hi-Speed USB, transfiere a unos 60 MB/s por lo que se puede obtener un muy buen rendimiento de los dispositivos que usan esta tecnología.

Gracias a estas características, la tecnología USB 2.0 se ha convertido en un estándar ya que casi todos los dispositivos de comunicación de los PC son USB 2.0.

Su principal inconveniente es que quedó rezagado con la transferencia de datos en alta definición, ya que no las soporta, y por esta razón nació la tecnología del USB 3.0.

USB 3.0

USB 3.0 Super Speed, es casi 10 veces más rápida ya que transfiere datos a 600 MB/s y es la tecnología que están implementando los discos externos por la gran performance.

Principales diferencias

• La principal diferencia, bastante apreciable, es la velocidad de transferencia de datos, muy superior en el USB 3.0.
• Los USB 3.0 se pueden conectar en puertos USB 2.0, pero el caso inverso es imposible.
• Los dispositivos USB 2.0 son compatibles con Windows XP, los USB 3.0 no lo son.