Placas base y Microprocesadores

PLACA BASE
La "placa base" (mainboard) o "placa
madre" (motherboard) es el elemento
principal de un ordenador. En ella se
encuentran integrados o se conectan el resto
de dispositivos (memoria, procesador, tarjeta
gráfica, dispositivos, etc). La placa base
cuenta con un chipset que se encarga de
realizar muchas funciones básicas de la
placa, como la preparación de las interfaces
o la administración de la memoria, y suele
constar de dos chips (Northbridge /
Southbridge). Northbridge: se encarga de
gestionar el tráfico de señales y datos entre
la CPU, el subsistema gráfico y el subsistema de memoria a través del bus frontal (FSB
- Front Side Bus). Southbridge: se encarga de controlar el tráfico de datos y señales para
los puertos IDE, USB, el teclado, el ratón, los monitores de temperatura y del hardware,
los chips de sonido integrados o los dispositivos.
El tipo de socket del procesador es decisivo para conocer el tipo de procesador que se
puede emplear. Algunas placas son compatibles con 4 procesadores. Del mismo modo,
en cuanto a la memoria, hay que tener en cuenta las ranuras. Muchas placas base
cuentan con funciones adicionales integradas que pueden también añadirse como
tarjetas de ampliación. Ejemplos: red, audio, FireWire, controladoras SCSI o
controladoras IDE/ATA RAID.
Hay varios formatos de placas base (Baby AT, ATX, Micro ATX, etc.) y diferentes
tamaños.
BIOS significa: "Basic Input-Output System", es decir, un sistema básico de entradasalida. Se trata de un programa incorporado en un chip de la placa base que se encarga
de realizar las funciones básicas de manejo y configuración del ordenador. Además, la
BIOS almacena ciertos parámetros, como el tipo de disco duro, fecha y hora del
sistema, etc. Estos datos se guardan en una memoria del tipo CMOS, de muy bajo
consumo (si el ordenador está apagado la memoria se mantiene con una pila).
Además la BIOS se encarga de iniciar el sistema operativo. En una BIOS se pueden
seleccionar ciertos ajustes a través de un menú, por ejemplo, para mejorar el
rendimiento de un ordenador o para conectar/desconectar una determinada interfaz. Las
BIOS pueden actualizarse bien mediante la extracción y sustitución del chip (método
muy delicado) o bien a través de software, aunque sólo en el caso de las llamadas FlashBIOS.
CMOS significa "Complementary Metal Oxide Semiconductor", es decir, un
semiconductor complementario de óxido metálico; se trata del lugar donde se
almacenan los valores de ajuste de la BIOS. El CMOS se alimenta con una pila. De ahí
que los valores almacenados se mantengan incluso si el se apaga el ordenador. Para
borrar el CMOS puede emplearse un reseteador de CMOS (CMOS-Reset-Jumper) o
puede retirarse la pila durante unos segundos (una vez apagado el ordenador).
Existen diferentes formas de placas: (Baby)AT, ATX, etc. Las primeras placas base
eran de gran tamaño y se denominaban AT. A continuación Intel creó un nuevo formato
de placa base denominado Baby AT; más pequeña y con nuevas posibilidades de
conexión. Al poco tiempo, Intel creó un nuevo formato que incorporaba los conectores
de los puertos serie y paralelo, nuevos conectores para el teclado, nuevas ubicaciones de
los zócalos, e incluso una toma de 3,3 V. A este formato se le ha denominado ATX, y
necesita una caja especialmente diseñada para la nueva placa. Algunas de las nuevas
placas ATX incorporan incluso la tarjeta gráfica y la de sonido. (Baby) AT fue el
estándar absoluto durante años. Estas placas son las típicas de los ordenadores
"clónicos" desde el 286 hasta los primeros Pentium. Con el auge de los periféricos
(tarjeta de sonido, CD-ROM, discos extraíbles...) salieron a la luz sus principales
carencias: mala circulación del aire en las cajas (uno de los motivos de la aparición de
disipadores y ventiladores de chip) y, sobre todo, una maraña enorme de cables que
impide acceder a la placa. El estándar ATX es el más moderno y el que mayores
ventajas ofrece. Entre las ventajas de esta placa cabe mencionar una mejor disposición
de sus componentes, conseguida básicamente por el giro de 90 grados que ha sufrido.
Permite colocar la CPU sin que se toque con las tarjetas de expansión, por largas que
sean. Otra ventaja es el conector de alimentación único. La memoria está colocada en un
lugar más accesible. La CPU está colocada al lado de la fuente de alimentación para
recibir aire fresco de su ventilador. Los conectores para los dispositivos IDE y
disqueteras están más cerca, reduciendo la longitud de los cables y mejorando la
circulación del aire en el interior de la caja. Además de todas estas ventajas, este
estándar nos ofrece la posibilidad de integrar en la placa base dispositivos como la
tarjeta de vídeo o la tarjeta de sonido, pero sacando los conectores directamente de la
placa, ofreciendo un diseño más compacto sin necesidad de perder ranuras de
expansión. Así podemos tener integrados los conectores para teclado y ratón tipo PS/2,
serie, paralelo o USB que son habituales en estas placas, pero también para VGA,
altavoces, micrófono, etc... sin apenas ocupar espacio.
El estándar ATX se fue ampliando con el tiempo con continuas versiones más pequeñas
(Micro ATX, Flex ATX, Mini ITX), para permitir su uso en ordenadores más
compactos. Estos formatos ATX especiales cuentan con poca superficie y un espacio
mucho menor para conexiones. Sin embargo pueden emplearse en cajas muy pequeñas
y compactas.
Para los distintos formatos de placas base (Baby)AT y ATX se necesitan también cajas
específicas. No pueden emplearse todas las variantes de ATX en todas las cajas ATX.
Para realizar la conexión de los dispositivos y de las tarjetas de ampliación cada placa
está equipada con un gran número de conectores. Estos se diferencian en dos categorías
principales, conectores para tarjetas de ampliación y conectores para dispositivos como
impresora, escáner, etc.
El procesador puede estar unido a la placa a través de una ranura o un socket ZIF
("Zero Insertion Force"). Sin embargo, hay ciertos procesadores que requieren una
ranura o socket específico, pero la mayoría de los procesadores actuales se instalan de
un modo muy sencillo en los sockets ZIF. Habitualmente los pines del procesador se
insertan en la placa, aunque existen algunas placas en las que se realiza a la inversa.
Para finalizar se coloca un ventilador específico en el socket o directamente sobre la
placa para poder eliminar el calor que produce el procesador.
Los módulos de memoria por norma general se instalan en unas ranuras de la placa base
específicas para tal efecto. Las placas base cuentan con dos o cuatro ranuras, aunque las
placas base de servidores pueden contar con más ranuras. En ocasiones, dependiendo de
los módulos de memoria y de las placas base, hay que insertar dos módulos idénticos, y
según el tipo de placa base y la versión de la BIOS, se podrá utilizar un tipo u otro de
memoria.
Las controladoras integradas (onboard) de una placa base permiten conectar diferentes
dispositivos como discos duros o unidades de CD/DVD. Las controladoras más
extendidas son IDE/ATA ("Integrated Drive Electronics" / "AT Attachment") y la
controladora de la disquetera. Las placas base de servidores suelen estar equipadas
además con una controladora integrada SCSI ("Small Computer Systems Interface").
Otro interfaz desarrollado a partir del IDE/ATA es el denominado Serial-ATA y que se
emplea para conectar discos duros.
AGP significa "Accelerated Graphics Port" y es una ranura optimizada para tarjetas
gráficas. Hasta ahora ofrece cuatros velocidades máximas de 1x (266 MB/s), 2x (533
MB/s), 4x (1 GB/s) y 8x (2,1 GB/s) y tiene una frecuencia de 66 MHz (existen dos tipos
de ranuras: AGP y AGP Pro). Antes de adquirir una tarjeta AGP hay que tener claro si
es compatible con la placa base.
PCI significa "Peripheral Component Interconnect" y es un sistema de bus de 32 bits
para tarjetas de ampliación. PCI ofrece una transferencia de datos de 133 MB/s y el bus
tiene una frecuencia de 33 MHz. Existen un gran número de tarjetas de ampliación
(gráficas, de sonido, controladoras, de edición de vídeo, módems, redes, etc...) También
se ha desarrollado una versión de PCI a 64 bits para poder emplear las tarjetas con tasas
altas de transferencia, como las controladoras RAID (133 MB/s), aunque normalmente
éstas se encuentran más frecuentemente en placas de servidores y ofrece un ancho de
banda de 266 MB/s a una frecuencia de 33 MHz y de 532 MB/s a una frecuencia de 66
MHz. Las tarjetas Gigabit LAN y las controladoras Ultra160 SCSI son especialmente
recomendables en esta versión.
Dado que el ancho de banda de las PCI tradicionales no era suficiente para ciertas
aplicaciones se creó el PCI-X ("PCI Extended"), una versión mejorada compatible con
frecuencias de 66, 100 o 133 MHz y una tasa máxima de trasferencia de 1066 MB/s.
Por este motivo las placas compatibles cuentan con una ranura de 133 MHz y el resto de
66 MHz. Normalmente estas placas tienen las ranuras de diferentes colores para poder
diferenciar sin problemas la ranura para PCI-X.
A diferencia de los buses PCI tradicionales, el PCIe (PCI Express) cuenta con otra
ranura de conexión. PCI Express es totalmente compatible con las versiones anteriores
de PCI y no requiere drivers específicos. PCI Express se monta en canales individuales
y el ancho de banda total puede aumentar de 1x hasta 32x. Además, cada canal se
compone de dos conductos de datos , cada uno de ellos capaz de transmitir hasta 250
MB/s en cada dirección a una frecuencia de 2,5 GHz.
Actualmente se ofrecen PCI Express con tarjetas de ampliación desde 1x y hasta 16x
especialmente diseñadas para tarjetas gráficas ("PEG - PCI Express for Graphics"). Intel
impulsa el PCI Express como sustituto del AGP, ya que PCI Express 16x ofrece un
ancho de banda mucho mayor que AGP 8x. Al contrario de lo que sucede con los
anteriores PCI-X en servidores, PCI Express también está pensado para emplearlo en
ordenadores de sobremesa, y se cree que llegará a sustituir por completo a PCI-X en
servidores.
ISA significa "Industry Standard Architecture" y se trata de un bus bastante anticuado
de 16 bits para tarjetas de ampliación. Su frecuencia es de 8 MHz y es demasiado lenta
para ordenadores modernos, por lo que ya no se encuentra en la mayoría de las placas
base, a pesar de que oficialmente no se haya extinguido.
AMR ("Audio Modem Riser"). Desarrollado por Intel como interfaz para una pequeña
tarjeta de ampliación para sonido analógico y módems.
CNR ("Communication Networking Riser") se trata de un ampliación del estándar
AMR.
ACR ("Advanced Communication Riser"). Desarrollado por fabricantes como VIA,
3Com, AMD o nVidia. Está basada en PCI y ofrece sonido, módem, LAN y conexiones
adicionales para ADSL y redes inalámbricas.
Una placa dispone de distintos conectores de corriente para los ventiladores del
procesador y de la caja. Algunos de estos están equipados con la función "Tacho", una
función que permite visualizar en la BIOS las revoluciones a las que gira el ventilador.
La placa base cuenta también con una toma de corriente desde la fuente de
alimentación; en este punto hay que prestar atención a los diferentes conectores no
compatibles entre Baby AT y ATX. Las placas ATX modernas cuentan con más
conexiones de corriente para Pentium 4, servidores o tarjetas gráficas, ya que se
requiere una elevada corriente de alimentación para el funcionamiento de determinadas
tarjetas de ampliación o procesadores.
Las conexiones externas como el puerto serie, el puerto paralelo o el de juegos existen
desde la aparición del PC. En el puerto serie se pueden conectar módems y dispositivos
RDSI, mientras que en el puerto paralelo pueden conectarse impresoras y escáneres
antiguos.
El puerto de juegos puede emplearse en parte como conexión MIDI para instrumentos
de música o para conectar un joystick. Hoy en día, los accesorios para juegos suelen
conectarse a través del puerto USB.
Para conectar el teclado y el ratón, la placas ATX cuentan con el llamado puerto PS/2.
El nombre proviene del ordenador de serie llamado Personal System/2 (PS/2) de IBM
(de finales de los 80). Son dos conectores redondos cada uno con 5 pines que sólo
pueden emplearse para ratones y teclados.
Muchas placas base modernas están equipadas con un chip de sonido integrado o un
chipset con función de sonido, de ahí que también cuente con salidas y entradas de
audio; estas suelen ser analógicas, aunque también existen salidas de audio digitales
ópticas o coaxiales.
USB significa "Universal Serial Bus" y puede encontrarse en dos variantes: USB 1.1 y
USB 2.0 (también llamada "USB 2.0 High Speed"). Se trata de un sistema de bus
compatible con plug&play para conectar impresoras, escáneres, ratones y dispositivos
externos. En la mayoría de los casos los dispositivos USB pueden conectarse y
desconectarse sin la necesidad de apagar y reiniciar el ordenador. USB 1.1 cuenta con
una transferencia de datos máxima de hasta 12 MBit/s y USB 2.0 de hasta 480 MBit/s.
FireWire (también llamado iLink o IEEE1394) es, al igual que USB, un sistema de bus
serial compatible con la tecnología plug&play, capaz de transmitir datos a 400 MBit/s.
Principalmente se utiliza para conectar al ordenador medios de almacenamiento masivo
externos y cámaras o videocámaras digitales. Hay dos tipos de conectores, uno de 6
contactos, que proporciona también corriente al dispositivo conectado y otro de 4
contactos, que no proporciona corriente.
Algunas placas base cuentan con más de una conexión RJ-45 con una conexión rápida a
una red de 100 MBit o 1000 MBit.
MICROPROCESADOR
El procesador se puede unir a la placa base a
través de una ranura o socket. En algunos casos,
especialmente en placas base muy compactas y de
mayor integración, también puede encontrarse un
procesador fijo montado con antelación. A
continuación le mostramos la mayoría de sockets
y ranuras disponibles empleados para unir el
procesador y la placa:
Sockets 1, 2, 3, 4 y 6 fueron pensados para el Intel 80486, Pentium OverDrive y los
primeros procesadores Pentium. En la actualidad no se fabrican.
Socket 5 (320 pines): Intel Pentium 75 Mhz - 133 Mhz y AMD K5 o similar. En la
actualidad no se fabrican.
Socket 7 (super socket 7) (321 pines): Intel Pentium 75 MHz - 200 MHz, Pentium
MMX 133 MHz - 233 MHz, AMD K6, AMD K6-2, AMD K6-III, Cyrix M2,
Cyrix/IBM 6x86MX, IDT C6 / C2A y otros.
Este tipo de socket era compatible con la mayoría de los fabricantes de procesadores.
Los procesadores de la siguiente generación incluían frecuentemente un socket o ranura
propio. En la actualidad no se fabrican.
Socket 8 (387 pines): Intel Pentium Pro 150 MHz - 200 MHz; Intel desarrolló
especialmente este socket para el procesador Pentium Pro y se empleaba
principalmente en servidores.
Este procesador era un procesador con 32 bits reales y una memoria caché integrada de
hasta 512 KB.
Hoy en día algunos servidores siguen empleando el procesador Pentium Pro. Todas las
placas son compatibles con la frecuencia de bus de 66 MHz y hasta 64 GB de memoria
RAM. El socket 8 no se fabrica en la actualidad.
La ranura 1 (slot 1) o "ranura de conexión de 242 contactos" se desarrolló
específicamente para el procesador Pentium II. El núcleo del procesador y el chip de la
memoria caché se introducían en una tarjeta y se envasaban en una pequeña caja. Esto
ahorraba costes de producción con respecto al socket para el procesador Pentium Pro.
También se fabricaron algunos Intel Pentium III para esta ranura. La conexión de la
ranura cuenta con 242 contactos dispuestos en dos hileras (una frente a otra) y una
muesca en el zócalo de conexión para evitar insertarlo incorrectamente. La ranura 1 no
se fabrica en la actualidad.
La ranura 2 (slot 2) o "ranura de conexión de 330 contactos" es una ampliación de la
ranura 1 y se creó especialmente para procesadores de servidor Pentium II/III Xeon.
La ranura 2 cuenta con 330 contactos dispuestos en tres hileras y dos muescas en el
zócalo, para evitar confusiones con procesadores de ranura 1. En la actualidad la ranura
2 está anticuada pero se puede encontrar en algunos servidores.
Intel fabricó originalmente el socket 370 la versión socket (PPGA) del procesador
Celeron. Es muy parecido al socket 7 pero no son compatibles.
Las placas de socket 370 funcionan con frecuencias de bus entre 66 y 133 MHz. Pueden
emplearse procesadores Celeron y C3 en formato PPGA (en todas las placas),
procesadores Pentium III y Celeron en formato FCPGA (sólo en algunas placas).
Las nuevas placas de socket 370 admiten procesadores Pentium III y Celeron con
núcleo Tualatin (FCPGA2).
La primera generación de Pentium 4 (FCPGA) funcionaba con un socket 423, aunque
tan sólo medio año después se sustituyó por el socket 478.
El socket 478 es el empleado por los procesadores Pentium 4 actuales (mPGA) y
Celeron (mPGA) con núcleos Prescott y Northwood.
El procesador de Intel para servidores Xeon emplea el socket 603. Las placas base son
compatibles con frecuencias de bus de 100 y 133 MHz. La versión HyperThreading del
Xeon emplea el socket 604.
Los procesadores de 64 bits de Intel, Itanium e Itanium 2, vienen montados en un
cartucho especial y se conectan a una ranura denominada ranura o slot M.
El socket 775 presenta una mejora con respecto al socket 478 y se ha creado para
frecuencias de reloj más altas. Sin embargo, ha variado el tipo de conexión y no se
parece a ninguno de los anteriores. El procesador ya no cuenta con pines, sino que los
pines del socket se introducen en el procesador.
Hasta los procesadores Athlon, todos los procesadores de AMD eran compatibles con
los sockets de Intel. Intel introdujo como sucesor de los sockets 7 y 8 la ranura 1 (slot
1). AMD decidió crear un diseño propio, la ranura A (slot A). Para poder optimizar
mejor los chipsets utilizados sobre el Athlon, se eligió finalmente un diseño no
compatible con Intel.
La ranura A (slot A) se desarrolló específicamente para el procesador AMD Athlon y
es similar a la ranura 1 (slot 1) dada la vuelta. Sin embargo, no es compatible y sólo
pueden emplearse procesadores Athlon. También existen unos adaptadores para poder
emplear un procesador socket A en una placa con ranura A (slot A). En la actualidad ya
no se fabrican placas con ranura A (slot A).
Algunas generaciones de procesadores Athlon en caja CPGA/OPGA requieren otro
socket distinto, el socket A de 462 pines. Se emplea para los procesadores Duron,
Athlon, Athlon XP y Athlon MP de AMD.
Las placas base con socket A de la primera generación son compatibles con frecuencias
de bus de 100 MHz (con Double Data Rate), por lo que no admiten procesadores
Athlon XP o Athlon MP.
Las nuevas generaciones de placas son compatibles con frecuencias de bus de hasta 200
MHz (con DDR) y con los procesadores Sempron. También hay placas base para Dual
socket A, en las que se puede emplear el procesador Athlon MP.
El socket 754 apareció como sucesor del socket A y está pensado para los procesadores
Sempron y Athlon 64.
Este socket, a diferencia del socket A, ofrece una mejora para la conexión de memoria,
ya que la controladora de memoria está integrada en el procesador.
El socket 940 se fabricó originalmente para los procesadores de servidor Opteron, por
lo que hay placas para servidores con dos o cuatro sockets 940. A diferencia del socket
754, el socket 940 ofrece un canal de memoria adicional y es compatible con la
conexión de memoria de dos canales.
Del mismo modo, el procesador Athlon 64 FX funciona con este socket, aunque no en
funcionamiento dual. Además pueden emplearse también procesadores Opteron (en
funcionamiento simple).
El socket 939 no es compatible con procesadores Opteron, pero sí con los Athlon 64
FX y algunos Athlon 64.
Un procesador, también llamado microprocesador o CPU ("Central Processing Unit"),
es la unidad central de cálculo de cada ordenador. Es el corazón y el cerebro del equipo.
Los procesadores son productos muy complejos de alta tecnología con muchos millones
de transistores sobre una superficie más pequeña que una moneda.
Se fabrican en espacios sellados y protegidos mediante un complicado proceso de
fotolitografía; después son sometidos a pruebas intensivas y finalmente son insertados
en una pequeña carcasa. De esta forma pueden conectarse fácilmente a una placa base.
La velocidad de trabajo de un procesador está determinada por la estructura interna y
también por su frecuencia. Ésta varía entre unos pocos megahercios hasta algunos
gigahercios.
Dado el elevado número de transistores y el minúsculo espacio que ocupa el chip del
procesador, éste puede alcanzar temperaturas muy altas. Este calor se transmite a la
carcasa del procesador y desde ahí se dispersa por medio de disipadores y un ventilador.
Los procesadores modernos tardarían muy poco tiempo (hasta 30 segundos) en
estropearse si se utilizan sin refrigeración.
¿Qué diferencia hay entre los procesadores de los distintos fabricantes?
Como norma general, los procesadores de PC son completamente compatibles entre sí a
nivel de software. Esto significa que un software escrito en un Pentium o Celeron de
Intel puede utilizarse en un Athlon o Duron de AMD, sin que sea necesaria ningún tipo
de adaptación.
Sin embargo existen diferencias en la estructura interna del procesador, que cada
fabricante configura de forma distinta. La intención del fabricante es utilizar las
tecnologías disponibles para ir elevando la velocidad y prestaciones del procesador de
generación en generación. Puesto que los fabricante sólo intercambian determinadas
patentes entre ellos, cada fabricante debe utilizar su propio diseño de procesador para
evitar problemas de copyright.
Por estas circunstancias, cada fabricante utiliza distintos sockets, ranuras y chipsets, por
lo que no todos los procesadores son válidos para una determinada placa base.