La placa base (mainboard) o placa madre (motherboard) es una placa de circuito impreso fundamental en cualquier ordenador. Sobre ella se montan todos los componentes electrónicos. La calidad de la placa base influye directamente en las prestaciones del equipo. Además de los componentes pasivos como resistencias y condensadores, existen otros elementos importantes:
- Zócalo (socket): Sirve para instalar el microprocesador.
- Slots de expansión: Conectores ranurados donde se insertan las tarjetas de expansión.
- Controlador de teclado: Traduce las pulsaciones de teclas a códigos interpretables por el microprocesador.
- Bancos de memoria: Conectores donde se instala la memoria RAM.
- Chips de memoria caché: Agilizan la transferencia de datos entre el microprocesador y la RAM.
- Conectores: Para teclado, ratón, puertos USB, unidades de disco, etc.
- Chip de memoria ROM (BIOS): Contiene las instrucciones de arranque y un programa de configuración (setup).
- Jumpers o microinterruptores: Se utilizan para configurar la placa base.
- Conector de alimentación: Suministra la tensión necesaria para el funcionamiento de la placa.
Antes de la aparición del microprocesador Pentium de Intel, no existía una estandarización en la clasificación de las placas base. Estas estaban compuestas por un gran número de chips. El conjunto de estos chips se denomina chipset. Los chipsets modernos se componen principalmente de dos circuitos integrados:
Puente Norte (Northbridge)
El circuito que controla el sistema y determina el tipo de CPU compatible con la placa base. Comunica la CPU con el resto del sistema a través de:
- Interfaz con el bus interno del microprocesador (bus del sistema).
- Controlador de memoria (bus de memoria).
- Interfaz con el sistema gráfico (bus gráfico).
- Interfaz con el puente sur (bus de enlace).
Puente Sur (Southbridge)
Su función es comunicar la CPU con los periféricos a través de los buses de expansión, puertos, etc. Incluye:
- Interfaz con el puente norte (bus de enlace).
- Interfaz con el bus de expansión.
- Dispositivos PCI integrados: Controladora USB, controladora de discos duros y unidades ópticas, etc.
- Dispositivos estándar heredados: Controlador de DMA, controladores de interrupciones, reloj de tiempo real, etc.
La placa base ha evolucionado, y con ella, las tensiones y el conector de alimentación. Siempre se busca mejorar el montaje, la ventilación, la proximidad de elementos afines, la seguridad y la protección eléctrica. La evolución está marcada por los formatos AT, Baby-AT, ATX y Micro-ATX.
Formatos de Placas Base Más Utilizados
- Baby-AT: Formato original del IBM PC-AT, con dimensiones reducidas y posiciones determinadas para el teclado, los slots de expansión y el anclaje en la caja. Sus principales carencias son:
- Mala ventilación.
- Complejidad de cables, dificultando el acceso a la placa base.
Una placa Baby-AT tiene un conector de teclado DIN de 5 pines y el conector de alimentación dividido en dos piezas.
- ATX: Formato más moderno con mayores ventajas y físicamente incompatible con los formatos anteriores. Mejora la ventilación y reduce la complejidad de cables. El microprocesador y la memoria son más accesibles y no interfieren con las tarjetas de expansión. Los conectores de las unidades de disco se sitúan cerca de los bordes. Una placa ATX se identifica por sus conectores agrupados (teclado, ratón, serie, paralelo y USB). Los conectores de teclado y ratón son clavijas mini-DIN (PS/2).
- Micro-ATX: Versión reducida del formato ATX, compatible con la misma carcasa.
Montaje de la Placa Base
El montaje se realiza dentro de la caja, después de retirar la carcasa, sobre un soporte metálico. La disposición de los conectores variará según las prestaciones de la placa. Una vez colocada, los conectores deben coincidir con las aperturas de la caja, y se fijan con los elementos suministrados. Es crucial considerar el número de bahías necesarias para las unidades de disco al elegir la caja, así como si incluye o no una fuente de alimentación, y en caso negativo, adquirir una de la potencia adecuada.
Para el anclaje, se utiliza el mayor número posible de separadores para evitar que la placa base se mueva. Se coloca un anillo aislante entre la placa y el tornillo para prevenir cortocircuitos o daños en las pistas. Una vez anclada, se conecta el cable de alimentación de la fuente. El conector tiene una única posición para evitar confusiones.
Se procede a la conexión de los cables de los indicadores luminosos, pulsadores, altavoz, etc. El cable de color indica el positivo y el negro, el negativo. Es fundamental elegir una placa base compatible con el microprocesador y la memoria que se van a instalar. Pueden existir varias versiones del microprocesador, y la placa base podría no soportarlas todas.
El Microprocesador (CPU)
El microprocesador es el cerebro del sistema, encargado de procesar la información y realizar operaciones aritméticas y lógicas. Todos los microprocesadores modernos integran el coprocesador en el chip y una pequeña caché interna. La velocidad del microprocesador es un factor determinante en el rendimiento, aunque este también depende del resto de componentes. Debido a su alta velocidad, los microprocesadores alcanzan temperaturas elevadas que pueden afectar su funcionamiento, por lo que es necesario disipar el calor. Este proceso se realiza mediante disipadores metálicos y un ventilador.
Instalación y Configuración del Microprocesador y Disipador
El microprocesador es el componente más delicado debido a la fragilidad de sus patillas. Se instala en un zócalo llamado socket. Los micros con encapsulado PGA y BGA se instalan en zócalos socket, mientras que los encapsulados SEC se instalan en slots. Existen dos tipos de zócalos socket:
- LIF (Low Insertion Force): Zócalo de presión; el microprocesador se inserta ejerciendo fuerza. La extracción se realiza haciendo palanca.
- ZIF (Zero Insertion Force): Dispone de una palanca lateral que permite introducir y extraer el microprocesador sin ejercer fuerza.
Los zócalos modernos son de tipo ZIF. La posición correcta del microprocesador se identifica por una muesca en una de sus esquinas. Debe entrar suavemente y sin forzarlo. Si no es así, puede deberse a:
- El microprocesador está mal orientado.
- La palanca no está completamente levantada.
- El microprocesador tiene una patilla doblada (se puede enderezar con cuidado con una pinza).
El microprocesador debe quedar bien sujeto. Se acompaña de un disipador de calor (cooler) y un ventilador conectado a 12V, que funciona mientras el equipo está encendido. La instalación se realiza siguiendo estos pasos:
- Aplicar una fina capa de resina conductora térmica al microprocesador para asegurar una buena conducción del calor.
- Colocar el disipador encima del microprocesador y anclarlo a la placa base.
- Conectar el cable de alimentación del ventilador a uno de los terminales de la fuente de alimentación o de la placa base.
Importante: Nunca se debe utilizar pegamento, ya que se despegará con el calor y no conduce bien el calor.
También se puede emplear un dispositivo llamado heat pipe, que transfiere rápidamente el calor a través de un tubo de aluminio o cobre con un fluido a presión adecuada. El heat pipe no emite ruido y permite llevar el calor a otras partes o incluso al exterior.
El microprocesador se debe configurar en velocidad y voltaje. Anteriormente, esto se hacía mediante jumpers en la placa base. Las placas base actuales detectan automáticamente estos parámetros. Los parámetros no detectados se configuran en la BIOS, sin necesidad de tocar los jumpers.
La velocidad se configura mediante dos parámetros:
- Speed rate: Factor de velocidad (x1.5, x2, x2.5, x3, etc.).
- System clock: Velocidad del bus del sistema (FSB) (100, 133, 150, 166 MHz, etc.).
Importante: No se debe disminuir la velocidad del bus para aumentar la del microprocesador, ya que esto aumentará el desgaste sin mejorar el rendimiento.
Cada modelo de microprocesador utiliza un voltaje de alimentación diferente. Algunos modelos de AMD utilizan doble voltaje (uno para E/S y otro para el núcleo). Las placas base no disponen de todos los voltajes, pero admiten todos los microprocesadores gracias a un pequeño margen de tolerancia. Los microprocesadores actuales no necesitan configuración de voltaje, ya que soportan el sistema VID (Voltage Identification) y se autoconfiguran.
La Memoria RAM
La memoria del sistema se divide en dos tipos:
- Memoria RAM: La memoria principal está formada por chips de RAM dinámica, donde se almacenan temporalmente los datos y programas. Su contenido se pierde al apagar el equipo. Existen otros tipos de RAM, como la caché o la de video, que pueden estar en la placa base o en tarjetas del sistema, y son independientes de la principal.
- Memoria ROM: Constituida por uno o varios chips ROM que contienen datos y programas indispensables para el funcionamiento del hardware. El chip principal, o ROM BIOS, se encarga del arranque y del autotest. También contiene servicios para el manejo de pantalla, teclado, discos, etc. Cada fabricante suministra su propia ROM BIOS. Al añadir controladoras de video o de disco, el proceso de arranque se añade a la BIOS.
Los chips de memoria RAM se montan en tarjetas de circuito impreso denominadas módulos. Anteriormente eran de 30 y 72 contactos (SIMM), pero hoy en día son de 168, 184, 240 o 288 contactos (DIMM). Los módulos DIMM almacenan longitudes de palabra de 64 bits. Existen varias versiones que se distinguen por el número de contactos, la velocidad y la tensión:
- Módulos DIMM de 168 contactos: Contactos en ambos lados. Dos muescas. Utilizan chips SDRAM, que se comunican de forma síncrona con el microprocesador. Frecuencias de 66, 100, 133 y 150 MHz (PC/SDR – frecuencia en MHz).
- Módulos DIMM de 184 contactos: Más contactos que los DIMM SDRAM. Una única muesca. Utilizan chips DDR-SDRAM, que envían dos datos por cada señal de reloj. Menor voltaje que los DIMM-168 (PC – tasa de datos en MB/s; DDR – frecuencia efectiva en MHz).
- Módulos DIMM de 240 contactos (DDR2): Incompatibles con los de 184 contactos. Menor voltaje. Chips DDR2, que duplican la velocidad ya duplicada (PC – tasa de datos en MB/s; DDR2 – frecuencia efectiva en MHz).
- Módulos DIMM de 240 contactos (DDR3): Incompatibles con los DDR2. Duplican la tasa de transferencia sin cambiar la velocidad de reloj. Menor voltaje que los DDR2 (PC – tasa de datos en MB/s; DDR3 – frecuencia efectiva en MHz).
- Módulos DIMM de 288 contactos (DDR4): Mayor frecuencia de reloj y menor voltaje que los DDR3. Diferente disposición de los pines (PC – tasa de datos en MB/s; DDR4 – frecuencia efectiva en MHz).
- Módulos DIMM de 288 contactos (DDR5): Físicamente incompatibles con DDR4. Menor voltaje. Incluyen un circuito PMIC para gestionar la alimentación (PC – tasa de datos en MB/s; DDR5 – frecuencia efectiva en MHz).
La configuración de estos módulos DIMM se realiza automáticamente, aunque puede ser necesario configurar en la BIOS el modo Dual Channel, Triple Channel o Quad Channel. Para que esto funcione, los módulos DIMM deben ser idénticos y el sistema debe soportarlo.
La BIOS
Una vez montados y ensamblados los componentes, al encender el equipo por primera vez, se ejecuta un programa que se encarga de las funciones básicas de manejo y configuración del sistema: la BIOS. La BIOS contiene un programa de configuración (setup) al que se accede al finalizar el montaje, instalar una nueva tarjeta, un nuevo disco duro, etc. Este programa define una serie de parámetros para reconocer el hardware instalado. Se implementa en la placa base sobre una memoria flash (no volátil) para poder modificar su contenido sin que se pierda al desconectar la alimentación. Antes se utilizaba una memoria CMOS (RAM volátil) conectada a una pila.
IBM y Compaq fabrican sus propios chips de BIOS. Los fabricantes clónicos compran chips de BIOS a terceros como Phoenix, seaBIOS, AMI, etc. En los primeros sistemas, la configuración se realizaba a través de jumpers o microswitches, lo que requería abrir el equipo y manipular la placa base.
La configuración en el programa setup de ciertos parámetros que la BIOS no puede determinar automáticamente evita daños a la placa base. El programa setup contiene toda la configuración del sistema. Cualquier error puede ser corregido con las opciones de carga por defecto o no grabando los cambios al salir. Las placas base disponen de un jumper que restaura los valores de fábrica.
La BIOS, además de configurar parámetros básicos, añade rutinas que permiten:
- Comunicación entre programas/sistemas operativos y dispositivos (memoria, unidades de disco, puertos, etc.).
- Servicio a las interrupciones de hardware.
- Autocomprobación del sistema mediante rutinas de diagnóstico al arrancar (comprobación de memoria, tarjetas gráficas, etc.).
Al arrancar, la BIOS realiza un chequeo del hardware. Si encuentra anomalías, avisa con un mensaje en pantalla o pitidos. Si no hay problemas, inicia la tarjeta gráfica y muestra una opción para entrar en el programa setup (Ctrl+Alt+Esc, Supr u otras teclas indicadas por el fabricante). Una vez dentro, se muestra un menú principal.
Si la BIOS no encuentra un dispositivo o detecta un fallo, se oirán pitidos y aparecerá un mensaje de error. Los errores se clasifican como no graves (el arranque continúa) o graves (el sistema se bloquea). La causa del error se indica mediante una serie de pitidos, establecidos como un estándar internacional.
Unidades de Disco
Las unidades de disco son dispositivos de almacenamiento masivo de información de forma permanente y segura. Los principales tipos son:
- Magnéticos: Utilizan un soporte circular magnético protegido. Son regrabables y de acceso aleatorio.
- Disquetes: Pequeños, con soporte magnético protegido por plástico. En desuso.
- Discos duros: Mayor tamaño, protegidos por una carcasa metálica. Gran capacidad y velocidad. Usan discos magnéticos y cabezas de lectura/escritura. Se encuentran dentro del equipo.
- Ópticos: Almacenamiento masivo de gran capacidad. Utilizan tecnología óptica (similar a los CDs). Más lentos que los discos duros y de tamaño reducido.
- Electrónicos o de estado sólido (SSD): Compuestos por chips de memoria flash. Más caros, sin partes móviles (menos frágiles).
Instalación y Configuración de las Unidades de Disco
Los sistemas se comunican con los discos a través de una controladora de discos. Esta traduce las órdenes del microprocesador para obtener la información. Estos dispositivos se integran en las placas base con conectores para las unidades. Actualmente se utilizan estas interfaces:
- Interfaz paralela: La controladora se une a las unidades mediante un cable con muchos hilos (PATA y SCSI). Longitud de cable pequeña. Las unidades se configuran mediante jumpers.
- Interfaz serie: Cable más delgado. La controladora se une a las unidades mediante un cable de mayor distancia. Una conexión por unidad. Permiten conexión y desconexión en caliente (SATA y SAS).
Importante: No confundir la velocidad máxima de la interfaz con la velocidad efectiva del disco (siempre más lenta).
Las dimensiones de los discos duros y ópticos son las mismas; solo cambian los cables de conexión y configuración.
Pasos para instalar dispositivos PATA:
- Instalar en bahías libres (5.25″ para discos ópticos, 3.5″ para discos duros).
- Configurar los jumpers. Cada cable PATA permite conectar dos unidades, y la placa base suele tener varios conectores PATA.
Opciones de configuración de jumpers:
- MA (Master): Unidad maestra (unidad C).
- SL (Slave): Unidad esclava (unidad D).
- CS (Cable Select): La unidad se configura automáticamente como maestra o esclava.
- Single: Si dos unidades no son compatibles en el mismo puerto.
Alimentación: Se realiza a través de uno de los cables de la fuente de alimentación. Revisar que ningún cable toque los ventiladores.
