Tema 3. La placa base.

1.- El factor de forma.

• El factor de forma define características muy básicas de la placa base para que esta pueda integrarse en el ordenador, al menos físicamente y eléctricamente. Entre las características definidas en el factor de forma destacan:
• La forma.
• Las dimensiones.
• La posición de los anclajes.
• Las conexiones eléctricas.
• Existen unos 20 factores de forma de placa base, de los que destacan especialmente los que se explican a continuación.

1.1.- Factor de forma ATX.

• Una placa ATX tiene un tamaño de 305 x 244 mm y se sirve de una fuente de alimentación que tiene el mismo factor de forma, ATX. El conector de corriente suele ser de 20 o 24 pines.
• De este han derivado otros factores de forma como el Micro ATX o el E-ATX.

1.2.- Factor de forma Micro ATX(uATX)

• Este factor se diseñó de forma que fuera compatible con ATX, por lo que los puntos de anclaje de las placas coinciden con algunos de los usados en las placas ATX y el panel lateral (I/O) es idéntico. Sin embargo, sus dimensiones son menores: 244 x 244 mm. Por esta razón, las placas uATX pueden instalarse en cajas ATX ya que, además, utilizan los mismos conectores para la alimentación de corriente.

1.3.- Factor de forma BTX.

• Surgió como una evolución de formato ATX, pero en la práctica son factores de forma incompatibles, salvo en la fuente de alimentación, ya que ambas placas pueden utilizar la misma.
• Existen además dos factores derivados de BTX más pequeños: uBTX (264x266 mm) y pBTX (203x266mm).

La lista de factores de forma crece, inevitablemente, debido a la evolución tecnológica. En la actualidad, podemos constatarlo especialmente en el campo de los dispositivos portátiles: tablets, netbooks, teléfonos móviles, etc.

2.- La estructura de una placa base.

La placa base es un circuito impreso donde se conectan todos los componentes necesarios para que el ordenador funcione.

Ya hemos visto que el tamaño y la organización en una placa obedecen a su factor de forma y también que existen diversos factores de forma. Sin embargo, la mayoría de las placas base deberán constar de las siguientes partes:

• Socket.
• Chipset.
• BIOS.
• Zócalos de memoria.
• Bases de expansión.
• Conectores.
• Pila.

3.- Socket.
El socket es el lugar de la placa donde se aloja el microprocesador.
Existe una gran variedad de sockets en cuanto al número y al tipo de conexiones.
El socket dispone de unos puntos guía que permiten, a quién monta el microprocesador, colocarlo de forma correcta sobre él, que tienen forma cuadrada.
Para fijar el microprocesador al socket se utiliza una horquilla. Cuando la horquilla está levantada , el socket está "abierto".
Este dispositivo de horquilla a veces es sustituido por una rosca o por deslizador.
Alrededor del socket se localiza una serie de orificios para la instalación de los dispositivos de refrigeración del microprocesador.
El socket es específico del microprocesador, aunque un mismo socket puede albergar diferentes microprocesadores. Al respecto, encontramos dos variantes: Intel y AMD, que son las dos principales marcas de microprocesadores.

4.- Chipset.

• La principal función del chipset es servir de apoyo al microprocesador en el control de los componentes de la placa base. Se dice que el chipset es la médula espinal del ordenador.
• El concepto de chipset no engloba todos los circuitos integrados de la placa base, sino los dos más importantes, el puente norte y el puente sur.

4.1.- El puente norte.

• El puente norte se ubica en la parte superior (norte) de la placa, de ahí su nombre. Está próximo al socket y a los zócalos de memoria
• El gran rendimiento al que trabaja este chip, hace que alcance altas velocidades y, en consecuencia, altas temperaturas. Por este motivo, suele estar cubierto por un disipador, y puede ir acompañado de un ventilador e incluso llegar a compartir el sistema de refrigeración del microprocesador.

4.2.- El puente sur.

• El puente sur se encuentra en la parte inferior (sur) de la placa, próximo a los slots de expansión  y las conexiones de E/S.
• Este chip controla la gran mayoría de componentes de E/S, por lo que también se le conoce con el nombre de ICH.

4.3.- Nueva generación de chipsets.

• Los avances en los microprocesadores (más rápidos y de más núcleos) hacen que la conexión FSB sea insuficiente. Como solución a este problema se ha rediseñado el chipset en el siguiente sentido:
• El puente norte desaparece y la mayoría de sus funciones (control de memoria RAM, control de gráficos, etc) pasan al microprocesador.
• Se crea un nuevo chip llamado PCH, que sustituirá al puente sur, asumiendo todas sus funciones y algunas del puente norte que no se han adjudicado al microprocesador.

5.- La BIOS.

• La BIOS es un chip de memoria del tipo CMOS que permite modificar parte de su contenido.
• Viene configurada de fábrica con los valores de la placa base por defecto. Sin embargo, esos valores podrán ser modificados por el usuario según sus necesidades.
• Su ubicación en la placa base no es fija. Suele identificarse fácilmente por medio de una pegatina plateada del fabricante, pero no siempre es así.
• Los principales fabricantes de BIOS son Awaed y AMI. Award fabrica dos modelos: AwardBIOS y PhoenixBIOS; AMI fabrica AMIBIOS. Existen fabricantes que cuentan con su propio modelo de BIOS.
• En las placas actuales, el firmware de la BIOS se sustituye por EFI BIOS, que no solo sustituye el interfaz, que es mucho más intuitivo, sino que amplía las funcionalidades y mejora la seguridad del equipo. Este tipo de BIOS solo permite la instalación de sistemas operativos de 64 bits.
• La BIOS cuenta con una configuración básica cuando sale de fábrica y con otra optimizada cuando se integra en la placa base ( que depende de los componentes que contenga la placa). Estas configuraciones no son, en principio, modificables.
• Existe, sin embargo, otra información en la BIOS que es modificable y que se mantiene almacenada en el chip gracias a una fuente de energía. Esta fuente suele ser la pila de la placa base o un acumulador de corriente que se encuentre integrado en la placa base. Para devolver al chip la configuración que traía de fábrica se aísla de la alimentación eléctrica durante unos segundos.

5.1.- DualBIOS

• Un fallo en la BIOS puede dejar el equipo inoperativo. No es habitual, pero un apagón en el proceso de modificación del firmware de la BIOS, una configuración inadecuada, fallos en el hardware del equipo, incluso virus, puede inutilizar el chip.
• Como respuesta a estos problemas el fabricante, GigaByte, propuso la solución DualBIOS, que consiste en implantar en la placa base dos chips BIOS: uno de los chips actuará como BIOS principal y el otro se quedará como BIOS de respaldo. Cuando el chip principal falla, entra en acción el chip de respaldo intenta reparar el chip principal restaurándolo a los valores de fábrica. Si el chip está dañado y no se puede restaurar, entonces el de respaldo asume el papel de BIOS principal.
• La interacción de los chips es automática y no requiere la intervención del usuario, lo cual es una ventaja importante.

6.- Los zócalos de memoria.

• Los zócalos de memoria son las ranuras de la placa donde se alojan los módulos de memoria.
• Han existido varios formatos de zócalos, pero el actual es el DIMM.
• El zócalo DIMM existe en tres formatos distintos que tienen la misma dimensión, pero albergan tipos de memoria diferentes:
• DIMM 284 contactos: para memoria DDR4.
• DIMM 240 contactos: para memoria DDR2 y DDR3.
• DIMM 184 contactos: para memoria DDR.
• DIMM 168 contactos: para memoria SDR.

• SO-DIMM es una versión compactada de los zócalos DIMM, típica de los ordenadores portátiles y otros dispositivos como PDA e incluso impresoras. Su tamaño es aproximadamente la mitad de un zócalo DIMM convencional.
• Según el tipo de memoria que reciban, encontramos estas variantes:
• SO-DIMM 256 contactos: para memoria DDR4. 
• SO-DIMM 204 contactos: para memoria DDR3.
• SO-DIMM 200 contactos: para memoria DDR y DDR2.
• SO-DIMM 144 contactos: para memorai SDR.
• SO-DIMM 100 contactos: uso regalado a ciertos dispositivos.
• SO-DIMM 72 contactos: son especiales de dispositivos que precisan una memoria auxiliar, como impresoras, tarjetas de video, etc.
• Cada zócalo dispone de dos lengüetas de eyección que sirven para expulsar el módulo del zócalo o para atraparlo en él, según su posición.

• En zócalos antiguos o incluso en los de ordenadores portátiles, en lugar de lengüetas hay dos grapas flexibles que, según estén presionadas o no, actúan como expulsoras o como seguro ante el módulo de memoria.

7.- Los buses de expansión.

• El bus de expansión se encarga de conectar la parte principal del ordenador con dispositivos adicionales.
• Estos dispositivos suelen ser tarjetas de expansión que, como hemos dicho, se acoplan en la placa base a través de los buses de expansión, más comúnmente conocidos como slots de expansión

7.1.- La gama ISA.

• El primer bus por excelencia fue el ISA. De hecho, perduró  durante casi dos décadas (desde 1980 hasta 1999).
• Su versión normal es de 16 bits (AT), pero también ha existido en la versión de 8 bits (XT) y en la versión extendida de 32 bits (EISA). Los slots eran bastantes grandes (de unos 15 cm) e incluso podían ampliarse más, haciendo uso de un slot adicional orientado a la tarjeta gráfica llamado VESA.

7.2.- La gama PCI.

• La solución tanto a ISA como a VESA fue el slot PCI. Aunque convivió durante unos años con estos slots, fue relegándolos hasta convertirse en el dominante.
• Estas versiones corresponden a diferentes estándares. El más actual (PCI 3.0) corresponde a 32 bits y funciona a 3,3 V.
• PCI-X es un modelo derivado de PCI que mantiene el slot e introduce mejoras en su rendimiento. Ha evolucionado a través de tres estándares: 1.0, 2.0 y 3.0.
• Existe retrocompatibilidad entre los diversos estándares PCI-X y PCI, siempre que se respeten los voltajes y los anchos de bus.

• Otra variante de dimensiones reducidas, orienta  a equipos portátiles, es CardBus o PCMCIA. Funciona como un slot ISA mejorado, tanto a 3,3 V como a 5 V.
• Otra variante del slot PCI en aspecto gráfico se llama AGP. El slot AGP funciona a 32 bits pero tiene mejoras adicionales orientadas al rendimiento de la tarjeta gráfica.
• Por sus características, solo puede haber un slot AGP por placa. Suele identificarse muy bien por ser de color marrón y encontrarse ligeramente desplazado hacia el centro de la placa respecto del resto de slots. Este bus se ha relegado por la aparición del slot PCI-Express.

7.3.- La gama PCI-Express.

• El slot PCI-Express, que también puede encontrarse como PCI-E o PCIe (pero nunca CPI-X), es la evolución del slot PCI.

• Hereda la nomenclatura del AGP, y así podemos encontrarlo en x1, x1, x4, x8, x12, x16 y x32, siendo en este caso la velocidad del bus de 133 HMZ (el doble que la AGP). De todas las variantes, las más comunes son x1, x4 y x16.
• Este slot no solo se limita a los equipos de sobremesa, sino que también puede encontrarse en equipos portátiles. Supone una mejora muy sustancial respecto a los otros slots, llegando a tasas de tranferencia hasta cinco veces mayores que la mejor AGP.
• Existen tres versiones del estándar PCI-Express: 1.0, 2.0 y 3.0, doblando la velocidad entra cada uno de ellos, tal y como se puede observar en la siguiente tabla. 
• Los slots PCIe cuentan con una única división. Se diferencian entre ellos por sus dimensiones. Para diferenciarlos de los slots PCI cuentan con unas hendiduras en el lateral de la carcasa.

8.- Conectores internos de la placa.

• Vamos a analizar los conectores que podemos encontrarnos en el circuito de la placa, sin incluir el panel lateral de la misma.

8.1.- El conector de corriente.

• El conector más característico y elemental de la placa base es el de corriente. Su nombre específico es conector ATX de corriente o Molex Mini-Fit JR., en alusión al fabricante y al modelo de fuente de alimentación, respectivamente.
• Este conector es de 20 pines aunque en las placas bases modernas, con mayores requerimientos electrónicos, se suele encontrar un conector de 24 pines o (junto al conector de 20 pines) una extensión de 4 pines, que proporcionan 12v en lugar de los 5v genéricos.
• Otro conector de corriente típico es el del ventilador.
• El del procesador se llama cpu_fan.

8.2.- El conector de PATA.

Otro conector que en algunas placas modernas ya empieza a ausentarse es el puerto IDE, también llamado ATA Paralelo o simplemente PATA. Este puerto es el utilizado para conectar las unidades de almacenamiento masivo (disco duro, CD,DVD y disquetera).

Típicamente han existido dos modelos de puertos IDE en la placa: el puerto IDE de 34 pines para la disquetera (llamado FDD) y el puerto IDE de 40 pines para el resto de unidades (disco duro, CD y DVD).

Este puerto, que funciona a 16 bits, trabaja a velocidades de hasta 133 MBps (como un slot PCI de 32 bits).

8.3.- El conector SATA.

Otra modalidad de puerto ATA es el ATA Serie, también conocido como SATA. 

Exsiten otras variaciones como el mini SATA (mSATA) y el micro SATA (uSATA), orientadas sobre todo a la conexión de los discos de estado sólido (SSD).

Un caso especial es la conexión SATA Express, que en realidad funciona a través de un puerto PCI-E, y que puede llegar a tasas de transferencia de hasta a 16 Gbps.

8.4.- Cabeceras.

Además de todos los slots y conexiones, la placa base proporciona agrupaciones de pines, con o sin carcasa, denominadas <<cabeceras>>. Las cabeceras pueden ser:

• De configuración: se emplean para fijar una configuración sobre un elemento de la placa base. Por ejemplo , resetear la BIOS, configurar un sistema SLI, etc. Utilizan unos conectores para puentear los contactos llamados <<jumpers>>.
• De expansión de puertos: muchas de las cabeceras de la placa base se utilizan para habilitar puertos e interruptores de la caja. Así, podemos dar usoa conectores USB Firewire, etc.

• Cabecera de panel frontal: Varía de unos modelos de placa a otros. Se usa para dar funcionalidad a los interruptores y a los LED de la parte frontal de la caja. 

           Dado que la cabecera tiene varios grupos de contactos similares, para diferenciarlos están                     coloreados en la base del contacto o con su nombre abreviado serigrafiado al lado.

• Cabecera USB: físicamente es comín a todos los modelos de placa. Pueden encontrarse con la base en distintos colores y, como ya se comentó, disponer de una carcasa. Consta de 9 contactos dispuestos en dos filas. Cada cabecera da soporte a dos puertos USB.

• Cabecera Firewire: es idéntica físicamente a la USB, aunque también puede disponer todos los contactos en una única fila. El color de su base es variable y puede contar con una carcasa. Cada cabecera da soporte a un puerto Firewire

.

• Cabecera del audio frontal: proporciona enlace a los conectores de audio de la parte frontal de la caja. Consta de 10 contactos distribuidos en dos filas de 5. No tiene el pin 8. La distribución de conexiones varía dependiendo de la especificación del sistema de audio: AC'97 o Azalia (HD).

• Cabecera de configuración SLI/Crossfire: algunas placas que soportan una de estas dos tecnologías se pueden configurar a través de una cabecera. Estaría compuesta por un total de 144 contactos, distribuidos en 6 bloques de 8x3. La configuración normal o avanzada (SLI o Crossfire, según placa) varía según estén colocados los jumpers.

• Cabeceras de configuración de BIOS:  las placas base más modernas incorporan una cabecera que permite el reseteo de la BIOS sin necesidad de quitar la pila o de acceder por software. Esta cabecera está compuesta por una única columna de 3 contactos. La posición del jumper determina el estado de la BIOS. Algunos modelos, además, proporcionan otra cabecera similar que permite el arranque seguro.