Informática para el ciudadano 0.0 (Parte II)

La Placa Base

​​En esta serie de artículos os queremos mostrar el mundo de la informática de una manera sistemática y completa, pero sencilla, de manera que podáis desde cero entender los términos esenciales y daros las armas para seguir aprendiendo por vuestra cuenta.

​En el anterior artículo de esta serie vimos los tipos de bastidores y los tipos de fuentes de alimentación, hoy vamos a seguir por lo que se podría decir que es el eje vertebral de nuestro ordenador, la Placa Base, dado que esta elección limitará todos los demás componentes, que deberán ser compatibles y no superar las capacidades de esta.
 
Muy pocos usuarios dan la importancia que se merece a este elemento esencial de un ordenador, mirando simplemente cifras, cantidades de memoria y almacenamiento o la marca y velocidad del procesador. Pero en realidad lo que marca la diferencia normalmente es la Placa Base, sobre la que todo debe funcionar correctamente y que normalmente puede representar unas diferencias de precio tremendas si son de buena o mala calidad y lo mismo ocurre con sus prestaciones.
 
Es algo parecido a si cuando compramos un coche solo miramos el motor o las ruedas, si lleva un buen equipo de música o conexión mp3. En el fondo, lo más importante es como esta ensamblado todo, pues un buen motor en una mala carrocería, un bastidor pésimo y con un radiador defectuoso durará cuatro días y su rendimiento será terrible. Pues aquí ocurre lo mismo y nadie suele ser consciente, gran parte de los problemas que podemos tener en nuestros equipos parten precisamente de fallos en la placa base o un funcionamiento deficiente, por el contrario las prestaciones, duración y rendimiento de un equipo se disparan con una placa de excelente calidad.
 
Poco importa la calidad del resto de los componentes, comparativamente siempre podemos sustituirlos con facilidad o mantener nuestro equipo en funcionamiento con un rendimiento asumible, pero una Placa Base equivocada representa uno de los fallos más graves a la hora de cumplir las expectativas en nuestros equipos.
 
La placa base, placa principal, placa del sistema, placa madre... podemos encontrarla con todos estos nombres, pero, todos se refieren a lo mismo. Esta placa a simple vista es una placa de circuito impreso o PCB y algunos componentes, en esta van las carreteras donde circulará la electricidad o dicho más técnico, los buses o rutas que interconectan los distintos componentes electrónicos instalados en ella. Las placas base al comprarlas vienen con sus componentes básicos soldados en ella, pero, se pueden agregar otros que elijamos mediante el uso de puertos, un ejemplo serían los USB, sockets y ranuras de expansión.
 
Hoy en día cada vez es más común la tendencia de muchas Placas Base a integrar otros elementos como tarjetas gráficas, tarjetas de red, wifi o de sonido por ejemplo, para abaratar costes y reducir el espacio. Personalmente solo las aconsejaríamos cuando el factor tamaño o coste reducido lo exijan, pero a la larga, en caso de actualización o fallo dificultan la reparación o sustitución ya que se aumenta el riesgo de fallo e inutilizar toda la placa.

En la Imagen podemos ver una placa de circuito impreso o PCB, en la que se pueden apreciar algunas conexiones y los orificios donde se introducen los contactos de los componentes para ser soldados.
 
En la siguiente imagen tenemos un ejemplo de las distintas partes que podemos identificar en un Placa Base a simple vista, así como los distintos tipos de conexiones para añadir componentes a esta.

​​Veamos a continuación que son cada una de las partes que hemos señalado en la imagen de arriba y su función.

Zócalo o Socket de la CPU
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Es dónde colocaremos el Procesador/Microprocesador (CPU), que es la unidad de procesamiento central, el circuito integrado más complejo de un ordenador. El procesador es el que se encarga de ejecutar los distintos tipos de programas que usamos desde el sistema operativo hasta el último juego que hayamos instalado, de ahí que de forma análoga se le suela llamar el cerebro del ordenador.
 
Solo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, es decir código máquina o ensamblador tras la interpretación de los diferentes lenguajes en los que habitualmente se programa, puede estar formado por una o más CPUs, su colocación en la placa base será usando un zócalo específico, y normalmente suele quedar oculto bajo un disipador y un ventilador que lo mantienen refrigerado, ya que es uno de los componentes que más energía consumen y por tanto calor disipan.
 
En la imagen de arriba vemos los distintos tipos de socket que encontraremos en el mercado.

Slots de memoria RAM en la que se aprecian los dos pares de memoria con distinto color para que sea fácilmente identificable, con la intención de realizar la función dual Channel
 
Ranuras de RAM o Random Acces Memory
 
También podemos llamarla memoria de acceso aleatorio, las placas base suelen tener varias ranuras/slots para este tipo de memoria, cuya función es almacenar los datos y aplicaciones con los que se está trabajando en ese momento de forma temporal, por ejemplo, al acceder a la galería de fotos depende de la cantidad de RAM se podrán tener más fotos abiertas a la vez de una forma más fluida. Lo mismo ocurrirá con el número de programas que podamos tener abiertos a la vez o cualquier recurso que debamos ejecutar en nuestro equipo: más RAM significa, más información y código que podemos procesar o ejecutar al mismo tiempo y a mayor velocidad, reduciendo los tiempos de acceso a la memoria física.
 
El número de estas ranuras suele estar entre una o seis en una misma placa base, en ellas se colocarán las tarjetas de memoria atendiendo al modelo, velocidad y capacidad que el fabricante de la placa base haya detallado, pues este tiene el deber de informar de los límites y demás especificaciones.

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​Chip BIOS/UEFI - Firmware
 
La placa base incluye un firmware  llamado BIOS, ¿qué es un Firmware?, aunque no vamos a entrar a fondo en ello, comentar que probablemente lo hayamos escuchado numerosas veces, sobre todo si sois un poco frikis de los móviles, dado que para obtener privilegios especiales o “funcionalidades extras” en los teléfonos se modificaba este, con la intención de obtener acceso Root al móvil (es decir acceso completo a sus funciones) pero, ¿qué es realmente?.
 
El Firmware o como también lo podemos encontrar a veces: soporte lógico inalterable, no es más que un programa informático, es un software específico del dispositivo, que ayuda al sistema a reconocer todos los circuitos eléctricos y componentes de este, de modo que es el encargado que nuestro dispositivo, entendiendo por dispositivo la totalidad de los circuitos y componentes que lo conforman y que pueda por tanto ejecutar correctamente las instrucciones externas.
 
Antes los ordenadores llevaban solo la BIOS, el chip de sistema básico de entrada y salida, este se usaba durante el arranque del ordenador y administraba la conexión de datos con el disco duro, la tarjeta de video, el teclado, el ratón… hasta mediados de los años 90 la manera de actualizar un firmware era remplazarlo, este código estaba dentro de un chip de memoria ROM conectado a la placa base, esto fue cambiando y los fabricantes fueron añadiendo la función de poder modificar estas instrucciones, permitiendo una actualización más fácil, hasta llegar a la actualidad y los nuevos sistemas  UEFI que son una mejora del sistema BIOS, UEFI tiene un interfaz distinta para controlar los servicios de arranque y de tiempo de ejecución aunque sigue siendo dependiente del sistema BIOS, para la configuración del sistema así como para la prueba automática de encendido llamada POST que explicaremos más adelante.
 
Nota: Aunque los sistemas de actualización de firmware han evolucionado mucho a lo largo de los años, haciendo este proceso cada vez más y más fácil, es un proceso que no está exento de peligros y hay que realizar con cuidado, pues puede convertir el dispositivo que estemos actualizando en un pisapapeles muy moderno.
 
Muchos dirán que se pueden recuperar, sí, y otros muchos que no ha vuelto a funcionar del todo bien o… el caso es que estas actualizaciones se suelen hacer alegremente y después de haber pulsado un botón de aceptar, que exime a la empresa suministradora de todos los problemas ocasionados al móvil, BIOS o lo que sea que estemos actualizando.
 
Tras haber actualizado dicho firmware, proporcionado por ellos (o por terceros) que además te recordamos que siempre indican y advierten en los contratos que lo tengas bien cargado o conectado a una fuente de luz porque como se pare a mitad de actualización “la liaste”, pues el dispositivo perdería las instrucciones más básicas para controlar sus componentes.
 
Así que ¡cuidado! no es una acción simple y desde nuestra opinión una opción bastante prescindible si no sabemos en profundidad como realizar el procedimiento, las consecuencias técnicas de realizar la actualización o si realmente es necesaria.

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​Chipset (circuito integrado auxiliar)
 
Consta del conjunto de circuitos integrados basados en la arquitectura de un procesador, permitiendo que un tipo de estos sea compatible con la placa base y de que funcione como el eje del sistema haciendo de puente de comunicaciones entre los distintos tipos de hardware y a su vez con la CPU a través de los diversos buses, el chipset está conectado directamente con el procesador gestionando la mayor parte de la información que circula por el bus principal de este, así como de la tarjeta gráfica y de la memoria RAM.
 
En base al chipset queda limitada la cantidad de memoria que podremos añadir y los distintos conectores que llevará la placa base, así como a la velocidad máxima o mínima a la que podrán operar. Recordar que el chipset hace que la placa base funcione como el eje del sistema y este a su vez se divide en dos secciones o puentes (bridgets): Puente Norte y Puente Sur
 

• Puente Norte es el que controla los accesos de alta velocidad, como la RAM o la Tarjeta Gráfica, así como las comunicaciones entre la CPU con el resto de los componentes del ordenador

 

• Puente Sur es el que controla las comunicaciones de la CPU con los dispositivos del ordenador que funcionan a una menor velocidad, como son los discos duros, los USB, ranuras de expansión…

1. Socket del Procesador, 2. Chipset, 3. Slot de la RAM, 4.Ranura AGP, 5. Ranuras PCI, 6. Ranura CNR, 7. Chip de audio, 8. Chip E/S, 9. BIOS, 10. Conector de alimentación ATX, 11. Conector para disquetera, 12 Conectar ATA, 13. Conectores indicación led
 
Ranuras de expansión
 
Son las conexiones donde se colocarán los componentes que necesitemos o queramos añadir, como por ejemplo una tarjeta gráfica más potente que la que lleve integrada la Placa Base. La cantidad del número de ranuras puede variar estando entorno a 8 o incluso 12, por supuesto depende del tamaño y diseño de la placa base.
 
Las ranuras de expansión como el resto de componentes han sufrido una constante evolución y lucha por mejorar sus funcionalidades y evitar los llamados cuellos de botella que se formaban al evolucionar ha distinta velocidad los diferentes componentes… veamos su evolución.

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​Ranura ISA 8 (XT) o ISA de 8 bits, Industry Standard Architecture 

ISA en español: Arquitectura Industrial Estándar. Primeras ranuras de expansión estandarizadas para equipos de 8 y 16 bits, sus velocidades de frecuencia eran de 4,77 megahercios y se diseñaron para ser compatibles con los primeros procesadores de Intel 8086 y el 8088 a finales.
 
Ranura ISA 16 (AT)

Esta fue la evolución de la anterior, es una ranura de 16 bits lo que duplicaba la velocidad de 8 a 16 MB/s y a una velocidad de 8 megahertzios, eran de gran tamaño y corriente su uso en ordenadores personales, se utilizaron hasta con los primeros modelos de placa base diseñadas para procesadores Pentium III y IV, siendo usado el estándar ISA desde su creación en 1980 por IBM  y conviviendo algunos años con las ranuras PCI, las cuales desde 1993 fueron reemplazando totalmente al estándar ISA 

Ranuras de 16-Bit MCA, en un modelo de PC IBM PS/2. Arriba dos ranuras de 16-Bit comunes, abajo, una ranura de 16-Bit con la extensión AVE (Auxiliary Video Extension)
 
Ranura MCA o Micro Channel Architecture
 
Es una arquitectura propiedad de IBM diseñada para la serie de computadoras PS/2, desarrolladas en 1987, la intención que perseguía era superar las limitaciones del anterior estándar el ISA, el diseño este Bus no se hizo compatible con el estándar anterior necesitando tarjetas de expansión especificas a su diseño o estándar concreto, que provocó su impopularidad.

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​Ranura EISA o Extended Industry Standard Architecture
 
Arquitectura Estándar Industrial Extendida, es una arquitectura de bus para computadoras compatibles con los IBM PC. Este estándar se financió por un grupo de empresas que a finales de los 80 y mediados de los 90 montaban y vendían ordenadores clónicos, siendo usados estos buses por los ordenadores 386 y 486 únicamente. Este sistema alcanzo direcciones de memoria de 32bits para las de la CPU, DMA y los dispositivos maestros de bus alcanzando unas velocidades de transferencia de bus de 33MB/s. La vida útil de este sistema fue bastante corta siendo reemplazado después por VESA y el sistema PCI.

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​Ranura VESA Video Electronics Standards Association
 
A finales de los años 80 la compañía multinacional Japonesa NEC, crea esta nueva ranura para dar soporte a las nuevas placas de video de la época, a simple vista sería igual que una ranura ISA, pero con una extensión de un color marrón, diseñada para trabajar con altas densidades de color y con unas frecuencias que iban de 33 hasta los 40 megaherzios 

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​Ranura PCI, Peripheral Component Interconnect 
 
En español Interconexión de Componentes Periféricos. Se convierte en el estándar más usado desplazando a ISA y otros estándares desde su creación en 1992, una de las diferencias con el anterior estándar ISA, es que las tarjetas PCI pueden conectar y negociar  con la BIOS durante el arranque del ordenador, haciendo que las IRQs interrupt request, en español, peticiones de interrupción (que son la suspensión de la ejecución de un proceso, en este caso por una tarjeta, para solicitar la atención del sistema) y las direcciones del puerto le sean asignadas de forma dinámica pudiendo prescindir de las configuraciones manuales haciendo uso de los jumpers (unos empalmes realizados con una pieza de plástico que protegía el material conductor de dentro y que se utilizaba para puentear unos pines salientes de cobre, que dependiendo de la configuración activará, desactivará o cambiará la configuración del dispositivo).
 
Aunque fue la primera tecnología de configuración automática, no fue la única, pues poco después, en las últimas versiones las ranuras ISA y MCA consiguieron realizar también la configuración de forma automática, pero no consiguieron igualar al sistema PCI, ganando este la batalla de la tecnología plug and play (es decir, tecnología de configuración automática: poner y funcionar).

​​El sistema PCI a lo largo de los años sufrió constantes actualizaciones y mejoras, os las mostramos cronológicamente:
 
PCI 1.0 salió al mercado el 22 de junio de 1992, como especificación
 
PCI 2.0 al año siguiente en 1993 ya establece el estándar de la ranura que deberán incorporar las placas base
 
PCI 2.1 y en el año 1995 comienza a expandirse hasta el sector profesional en servidores, desplazando otros estándares como el MCA y EISA rápidamente, al contrario de como pasaría en el campo del PC cuya implementación y consecuente desplazamiento de otros estándares como el VESA se fue realizando más despacio, tuvo que esperar a la segunda generación de procesadores Pentium para dominar el mercado del computador personal, adoptándolo incluso Apple para su Power Macintosh en el año 1995.  
 
Las velocidades con PCI llegaron a 33,33 MHz con transferencias síncronas, dependiendo de que el bus fuese de 32 bits o 64 bits, la tasa de transferencia máxima llegaba a 133 MB/s en el bus de 32 bits. Llegando con el Bus de 64 bits a tasas de transferencia máxima de 266 MB/s.

​Ranura AMR
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 la Audio/modem Riser la diseño la multinacional estadounidense Intel en 1998 como un interfaz con distintos chipsets para dotar a las placas base de funcionalidad analógica de entrada y salida, para dispositivos de audio y módems, esta tecnología la implementaron tanto las placas Pentium desde la versión III a la IV como las placas AMD Athlon. El sistema AMR no soporta el plug and play ni admite tarjetas aceleradas por hardware, solo por software.
 
La idea de Intel era crear una ranura para dispositivos de audio y comunicaciones de bajo coste, para no tener que pasar dos veces por la Comisión Federal de Comunicaciones, se ahorraba en costes y además estos nuevos dispositivos usarían la potencia de proceso del procesador y la RAM del equipo, la idea parecía buena pero no cuajo, dada que la potencia de las máquinas de la época no soportaban estos requerimientos extras y el escaso soporte de controladores fuera de Windows.

La ranura marrón es la CNR Communications Networking Riser, se puede apreciar su menor tamaño frente a las ranuras blancas que son del tipo PCI. 
 
Ranura CNR

Está creada también por la multinacional estadounidense INTEL de modo específico para dispositivos de comunicaciones como las tarjetas de red o módems, de un tamaño mayor que la anterior ranura AMR, esta hace su aparición en las placas base para Pentium en exclusiva, en el año 2000.

La ranura de color naranja es del tipo AGP, mientras que las dos que hay debajo azules son PCI, se aprecia a simple vista el menor tamaño de las ranuras AGP frente a las PCI. 
 
Ranura AGP o Accelerated Graphics Port
 
En español puerto de gráficos acelerados. Creada para proporcionar una comunicación directa entre el adaptador de video y la memoria, este fue desarrollado por Intel en 1996 como medida contra los problemas de cuello de botella provocados por el estándar PCI, este puerto estuvo durante una década conectando las tarjetas gráficas con una velocidad entre 266MB/s  a 2133 MB/s en su versión 3.0 (llamada AGP 8X) hasta que en 2006 un nuevo estándar PCI-express le superase en prestaciones.

Las dos ranuras de arriba son PCIe x1 y x16 como marca la imagen, aunque puedan parecerse a las 2 PCI de abajo hay varias diferencias, además de que no pueden entrar las placas de diferentes tipos.
 
Ranura PCIe o PCI-Express
 
Es la evolución del estándar PCI, consiguiendo una velocidad 32 veces superior que el estándar PCI 2.1, si bien al instalar más de un dispositivo en este tipo de ranuras la frecuencia disminuiría y con ella la velocidad de transmisión, la velocidad base es en el PCIe 1.1 de 250MB/s duplicándose en el PCIe 2.0 y volviéndose a multiplicar en la versión PCIe 3.0
 
Los enlaces de cada ranura de expansión irán evidentemente como en el sistema binario 1, 2, 4, 8, 16, 32 siendo estos números los enlaces de datos que habría entre la tarjeta conectada y la placa base dependiendo del modelo, para hacernos una idea de la tasa de transferencia de este sistema la tarjeta PCIe x32, tendría la friolera de 32 enlaces a una velocidad de 250 MB/s cada uno llegando a tener un ancho de banda de 8GB/s. Desde 2006 es el estándar para las tarjetas gráficas.
 
Formatos
 
Ahora hablemos del factor de forma, al igual que en el artículo anterior vimos que el factor de forma es determinante a la hora de escoger la caja o bastidor pues, se refiere al tamaño y la forma, en la placa base sucede igual el factor de forma indica su tamaño y su forma y la disposición de los distintos componentes y dispositivos de la Placa Base.
 
Es muy importante saber distinguirlos porque el factor de forma de la placa base puede comportar que no nos entre en la caja o bastidor, que la fuente de alimentación no nos sirva, tengamos una mala ventilación…
 
Como todo en la vida y por supuesto en la informática, no iba a ser menos, los factores de forma han ido cambiando y evolucionando, siendo los más comunes ATX, Micro-ATX, ITX y después no tan “comunes” estarían las Mini-ITX, Nano-ITX y las Pico-ITX, pero, veamos en que se diferencian a simple vista

Los factores de forma más utilizados son los siguientes:
 
ATX o tecnología avanzada extendida este sería el factor de forma más común en placas base, una caja ATX alberga los puertos integrados de E/S en la placa base ATX estándar. La fuente alimentación ATX se conecta a la placa base mediante un conector único de 20 pines.
 
Micro-ATX este es el factor de forma más pequeño diseñado para ser compatible con las anteriores versiones de ATX. Estas placas a pesar de tener un tamaño menor a menudo pueden llevar el mismo conjunto de chips de puente norte y puente sur, así como los mismos conectores de energía que las placas ATX de mayor tamaño. Esto permite que se puedan utilizar en ambos factores de forma gran parte de los componentes.
 
Nota: Lo normal es que una Caja ATX pueda montar placas base ATX y Mini-ATX, pero no al revés, dado su tamaño más pequeño al igual que su menor cantidad de ranuras de expansión.
 
ITX este factor de forma su principal particularidad es que es muy pequeño, dentro de este factor de forma existen varios tamaños, más pequeños todavía, como las Nano-ITX o Pico-ITX, aunque una de las más usadas sería la Mini-ITX, esta placa utiliza muy poca potencia, teniendo un consumo bajo y no necesitando ventiladores para su refrigeración. Sus usos principales serían en lugares donde el espacio es reducido y un ordenador de mayor tamaño no sería conveniente, en sitios donde se requiera un sistema silencioso o donde un bajo consumo de energía fuera necesario debido a un uso intensivo.
 
Además de los anteriores factores de forma existen otros menos utilizados como puede ser el WTX (Workstation Technology eXtended) introducida por Intel en septiembre del año 1998, para su uso en equipos de alta gama, multiprocesadores, servidores y estaciones de trabajo, AT (Advanced Technology) es el formato de placa base empleado por el IBM AT y sus clones en formato sobremesa y torre llegó al mercado en 1984, el primer éxito de estandarización en PC de sobremesa, después llegó la Baby AT esta placa base dominó el mercado de las computadoras personales desde la serie de procesadores Intel 80286 hasta la llegada de los Pentium.
 
Hay otros modelos,  pero siguiendo por ahí nos alejamos de la intención de este artículo que era acercaros un poco a lo que es una placa base y sus componentes, nos despedimos hasta el próximo artículo 😊

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​Rubén Luna S. 

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