INTRODUCCIÓN AL HARDWARE DEL PC Ing. Diego Chacón Mdhd
INTRODUCCIÓN AL HARDWARE DEL PC • Es importante comenzar desde la base. La primera pregunta a plantear es la siguiente: ¿qué es un ordenador? Ante todo, es un dispositivo electrónico capaz de recibir datos de entrada, realizar una serie de operaciones con ellos, y generar datos de salida como resultado. La sucesión de cálculos a realizar está determinada por un programa. • Componentes básicos de un ordenador • Entre otros muchos, destacan tres bloques funcionales: la memoria, la unidad central de proceso (CPU) y la entrada/salida (E/S).
• La CPU es la unidad encargada de ejecutar las instrucciones definidas por los programas. La CPU comienza por leer una instrucción, la ejecuta, y genera el resultado de la operación realizada. Este proceso se repite continuamente durante su funcionamiento. • La memoria se emplea para almacenar información temporal o permanentemente. Por un lado, se almacenan las instrucciones que componen los programas. También se almacenan datos de entrada con los que debe trabajar la CPU, resultados intermedios, y datos de salida devueltos por la CPU. Por ejemplo, imagine la siguiente instrucción: "MUL A,B", capaz de multiplicar dos números A y B. La instrucción debe estar almacenada previamente en la memoria, para poder llegar a la CPU en el momento preciso.
• Lo mismo ocurre con A y B, que también proceden de la memoria del sistema. • Tras la ejecución de la instrucción, la CPU devolverá el resultado (A x B), que se debe almacenar en la memoria para ser empleado más adelante (ya sea para enviar a un dispositivo de salida, o para utilizar como entrada en una futura instrucción). • La E/S es el medio establecido para la comunicación de la CPU con su entorno exterior (es más un concepto que algo palpable). Mediante la definición de una cierta interfaz, la CPU puede recibir datos de los dispositivos que la rodean (denominados periféricos), operar con dicha información, y enviar los resultados generados hacia dichos dispositivos.
• Los componentes de un ordenador deben hallarse conectados entre sí. El elemento encargado de dicha tarea es el bus. Un bus se debe entender como un grupo de "cables" (líneas digitales) que interconectan los bloques funcionales de un ordenador, permitiendo la interacción entre los mismos. Visto de otro modo, los componentes se enlazan al bus para conectarse así con el resto de los elementos. Ya que el bus une a todos los elementos entre sí, podrían aparecer conflictos si varios de ellos intentan utilizar el bus al mismo tiempo. Esto obliga a establecer una regla importante: en cualquier instante, sólo un componente puede colocar información en el bus.
Arquitecturas básicas • Los ordenadores se pueden clasificar basándose en su arquitectura. Existen dos arquitecturas principales, denominadas Von Neumann y Hardvard. La diferencia fundamental se encuentra en el modo de almacenar en la memoria las instrucciones y los datos con los que trabajan. • En las máquinas de Von Neumann, las instrucciones y los datos conviven en el mismo espacio de memoria, sin existir separación física. • Los ordenadores con arquitectura Hardvard dividen el espacio de almacenamiento en dos bloques de memoria físicamente separados. Uno de los bloques almacena las instrucciones, y el otro almacena los datos. El acceso a dichos espacios de almacenamiento se realiza mediante buses diferentes, lo que hace posible la lectura simultánea de instrucciones y datos.
• Las máquinas con arquitectura Hardvard presentan un mayor rendimiento en la ejecución de instrucciones, ya que pueden leer instrucciones y datos de forma simultánea. Hay que tener presente que en una memoria sólo se puede obtener un dato o instrucción en cada acceso (salvo en el caso de las memorias multipuerto, que se abordarán en próximas entregas). Para aclarar esto, considere el proceso de ejecución de una instrucción en una máquina • Von Neumann: • Primero se accede a la memoria para obtener la instrucción a ejecutar, y se descodifica dicha instrucción, conociendo así la operación a realizar y los operandos con los que trabajar.
• Después se realizan los accesos necesarios a la memoria (uno tras otro) para obtener los datos con los que operar. Por ejemplo, en la instrucción de ejemplo "MUL A,B", se requieren dos accesos a la memoria: uno para obtener el valor A, y otro para obtener el valor B. Finalmente, se ejecuta la instrucción, y se accede a la memoria para almacenar el resultado de la operación. • En una máquina con arquitectura Hardvard, mientras la CPU obtiene los datos requeridos por una instrucción se puede leer simultáneamente- la siguiente instrucción a ejecutar, con lo que el rendimiento es claramente superior. • Evidentemente, esto no se puede hacer en una máquina Von Neumann, ya que mientras se accede a los datos, no es posible leer una instrucción al mismo tiempo, puesto que sólo hay una memoria, y un solo bus que la une a la CPU.
• También existen máquinas con arquitectura Hardvard modificada, que emplean dos buses diferentes para acceder a los datos. El funcionamiento mejora aun más, puesto que se puede leer una instrucción y dos datos de forma simultánea. • Es importante recordar que el PC es una máquina Von Neumann, y por tanto cumple con las características descritas para dicha arquitectura.
Microprocesadores. • Unidad de descodificación de instrucciones. Se encarga de interpretar las instrucciones que componen los programas. A partir de una instrucción, extrae la acción a realizar y la forma de encontrar los datos con los que trabajar (almacenados en memoria, incluidos en la propia instrucción, etc.). • Unidad Aritmético Lógica (más conocida por el acrónimo inglés ALU). Es el módulo encargado de efectuar las operaciones aritméticas (suma, resta, etc.) y lógicas (and, not, or, etc.).
• Registros. Cada registro es una unidad de memoria, que permite almacenar temporalmente un dato. La CPU puede leer los registros para obtener datos de entrada. También puede almacenar los resultados devueltos, de forma que futuras instrucciones puedan emplearlos como entrada. En todo ordenador existen algunos registros especiales, dedicados a tareas muy concretas (contador de programa, indicadores del estado de la CPU, etc.). • Unidad de control de buses. Este bloque controla los procesos de transferencias de información, ya sea internamente a la CPU, o de forma externa.
Breve historia de los ordenadores personales • Los ordenadores personales nacieron con el objetivo de acercar los ordenadores a pequeñas empresas y a los hogares, donde antes era imposible disponer de uno. Tras la invención del microprocesador, dicha intención estaba cada vez más cerca de hacerse realidad. • Un primer acontecimiento importante ocurría en 1971: Intel desarrollaba su primer microprocesador, el 4004. Se trataba de un procesador de 4 bits, que reducía considerablemente la necesidad de implementar circuitos adicionales para su funcionamiento. La misma empresa anunció el lanzamiento de un chip de memoria RAM de 1 kbit, cantidad superior a la usual en aquella época. • En 1972, Intel lanzó los procesadores 8008 y 8080, en este caso de 8 bits y capaces de acceder a 16 kB de memoria.
FIGURA 1
• El microprocesador 8080 dio lugar a diversos desarrollos, como es el caso del ordenador Altair 8800 (Figura anterior), que alcanzó un gran éxito. Esta máquina carecía de teclado y pantalla (tan sólo presentaba interruptores y luces), pero su arquitectura basada en la conexión de tarjetas dio lugar al bus estándar S- 100 más tarde. En 1975 ya se había presentado una implementación del lenguaje BASIC para el ordenador Altair (hecho en el que Bill Gates tuvo una importante participación). • En 1976, Intel anunciaba su nuevo procesador 8085, capaz de trabajar a 5 MHz y con un bus de 8 bits. Por su parte, Zilog introducía el procesador Z80, basado en el 8080 de Intel. Ese mismo año, MOS Technology introduce el procesador 6052. Basado en este procesador, se lanza el Apple-I, que fue después sucedido por el Apple-II.
El nacimiento del PC • El PC fue introducido en 1981 por IBM. Se presentaba como un ordenador pesonal basado en el microprocesador Intel 8088, de 16 bits. Este primer PC (Figura 2) constaba de 16 kB de memoria, ampliables a 64 ó 256 kB: El almacenamiento externo se realizaba mediante cintas de cassette, que después se transformaron en unidades de disco de 5,25 pulgadas. • En 1983 se lanza el IBM PC-XT, cuya principal novedad era un disco duro de 10 MB. En 1984 aparece el IBM PC-AT, basado en el nuevo procesador 286. • Ofrecía ranuras de expansión de 16 bits (empleando el estándar industrial ISA) y 20 MB de disco duro. Todos los sucesores de dicho ordenador quedan dentro de la categoría AT, aunque actualmente se hace referencia a ellos bajo el nombre de PC.
• El IBM PC-AT experimenta un gran éxito en los siguientes años. En 1986, IBM lanza la siguiente generación de ordenadores PC, esta vez basados en el procesador 386. Con aquel procesador, la competencia comenzó a adelantarse a IBM, creando ordenadores compatibles que ofrecían características más ventajosas, y que eran incompatibles con las ofrecidas por IBM. El PC comienza a desligarse de IBM. De hecho el primer 386 del mercado no fue presentado por IBM, sino por Compaq. • A continuación, el PC sigue su evolución, alcanzando un éxito espectacular: está presente en infinidad de hogares y empresas de todo tipo, y mueve un mercado de software sin precedentes. • Cada nueva generación del PC viene definida por una nueva versión de su procesador Intel: 486, Pentium, Pentium II, Pentium III y el nuevo Pentium N.
Componentes del PC • El primer componente a destacar es un circuito impreso, al que comúnmente se denomina "placa base". La placa base es el lugar donde van conectados todos los elementos del PC. Sobre dicha placa se pueden encontrar los elementos básicos comentados anteriormente: CPU, memoria y buses del sistema. • Además, existen otros componentes, que se citan a continuación: • Circuitos controladores del sistema. Conjunto de chips que se encargan de controlar el tráfico de información en el interior del PC. • BIOS. Constituye la interfaz entre el hardware y el software del sistema. Es el módulo encargado de cargar el sistema operativo al arrancar el PC, y además permite configurar los parámetros de funcionamiento de la máquina. La BIOS contiene el programa de menor nivel de abstracción que se ejecuta en un PC.
• Memoria caché. Es un tipo de memoria con poco espacio de almacenamiento, pero de acceso muy rápido. En la caché se almacena la información que con gran probabilidad va a necesitar acceder la CPU, de forma que se mejora el rendimiento del sistema. • Puertos serie, paralelo, USB, etc. Constituyen un canal de comunicación con dispositivos externos, como el ratón, la impresora, etc. • Controladores estándares. Son dispositivos encargados de la comunicación con los dispositivos estándares, como el teclado, el monitor y las unidades de disco. • Ranuras de expansión. Permiten instalar en el sistema nuevos dispositivos de E/S adicionales, ampliando así las posibilidades del PC: unidades de almacenamiento externas, tarjetas de sonido, módems internos, dispositivos de captura de imágenes, tarjetas de red, etc. Normalmente, en las ranuras se inserta una tarjeta controladora, que proporciona uno o varios conectores para el enlace con un dispositivo externo.
Inside the mainboard
• La placa base es un circuito impreso al cual se conectan todos los componentes del ordenador, encargándose de que dichos componentes interactúen entre sí para el correcto funcionamiento del ordenador. • Sin embargo, existen múltiples tipos diferentes de placas base, que serán comentadas posteriormente, también denominados formatos, haciendo referencia a las distintas formas y tamaños de la placa base, así como a la disposición de sus elementos.
Tipos de placas base • Entre los distintos tipos de placas base cabe destacar dos grandes grupos: formatos propietarios y formatos estándar. En los primeros las especificaciones del formato no son públicas y cada fabricante realiza la placa de forma distinta intentando adaptarse al formato lo mejor posible, lo cual da como resultados problemas de compatibilidad entre placas del mismo formato pero de diferentes fabricantes (problemas para encontrar componentes nuevos para la placa, tener que • cambiar el chasis o la fuente al actualizar a una placa del mismo tipo pero con mejores prestaciones, etc..). En el caso de los formatos estándar, las especificaciones de dicho formato son públicas, lo que favorece una mayor adaptación y expansión del formato, así como compatibilidad entre placas de distintos fabricantes. • En el primer grupo cabe destacar formatos como LPX (aunque parte de sus especificaciones son públicas) o miniITX ,y en el segundo,y con mucha más popularidad, ATX o BTX.
IMB PC y XT • La primera placa base como tal fue la desarrollada para el primer ordenador personal (PC) en 1981. • El tamaño de esta placa base era de 228,6 x 330.2 mm. Asimismo, y como se puede apreciar en la figura, dicha placa base apenas contaba con conectores para el teclado y para cintas (el equivalente al disquete en aquella época) y tenía una memoria limitada a 256k,sin posibilidad de ampliación. • Asimismo destaca la ausencia de un socket propiamente dicho, siendo el procesador soldado directamente a la placa, y de un chipset.
• Dos años más tarde, coincidiendo con el lanzamiento del PC IBM XT,IBM desarrolla una placa homónima con ligeras diferencias con respecto al modelo anterior. • Los cambios más significativos de la XT fueron la eliminación del conector para cintas (el disquete se había introducido finalmente en el mercado), así como 3 slots más para conectar periféricos. El resto de características de la XT tales como el tamaño o la disposición de sus elementos permanecieron invariables con respecto al modelo anterior.
FullSize AT • En 1984, IBM lanza al mercado el IBM AT y con él, el formato AT, que adquiriría una gran repercusión en poco tiempo y se convertiría prácticamente en un estándar. • Dicho formato no era más que una XT con un nuevo procesador de 16 bits (el famoso 286 de Intel) y con un bus de 16 bits (en comparación a los 8 bits de la XT). Para introducir estas mejoras, IBM tuvo que aumentar el tamaño de la placa base, por lo que esta pasó a medir 304,8 x 350.52 mm. • Tal y como podemos apreciar en la siguiente imagen, la disposición del resto de elementos permanece prácticamente invariables con respecto a la XT.
BabyAT • Con el desarrollo de los chipsets y la mejora en los circuitos integrados, IBM lanzó al mercado en 1986 una placa base idéntica a la AT pero del tamaño y forma de la ya antigua XT. En un principio dicha placa base fue bautizada por IBM como XT286, lo que causó una gran confusión, ya que mucha gente asoció “XT” a la antigua tecnología de 8 bits. Al mismo tiempo que IBM lanzaba su XT286, • muchas otras compañías desarrollaban modelos de placas similares renombrados como BabyAT, lo cual fue traducido en un gran número de ventas con respecto al XT286 de IBM.
• Cabe destacar que cualquier chasis que acepte una placa base AT, aceptará una BabyAT (la inversa, lógicamente, no es posible). • El formato BabyAT fue sin lugar a dudas el más utilizado hasta mediados de 1996,siendo actualizado constantemente para poder soportar las nuevas características (procesadores, memoria cache, etc,etc) que iban siendo desarrolladas. Este hecho unido a lo relativamente fácil que era • sustituir una placa base tipo BabyAT por, convirtieron a este tipo de placa base en el primer formato que podemos decir que era “actualizable ”,hasta entonces todas las mejoras tecnológicas que se iban desarrollando daban lugar a un nuevo tipo de placa, por lo que muchas veces era necesario cambiar totalmente el chasis y la fuente de alimentación.
LPX • Al mismo tiempo que la BabyAT se extendía rápidamente por el mercado a finales de los 80,Western Digital creaba otro formato de placa en 1987: LPX. LP viene de “LowProfile” En referencia al hecho de que a este tipo de placas se les colocaba una tarjeta en el centro (llamada “riser card”) y a dicha tarjeta se le conectaban las distintas tarjetas PCI o ISA, lo que permitía un ahorro significativo de tamaño (330x229 mm) . Cabe destacar también que en este tipo de placas los conectores de entrada/salida se encontraban en la parte de atrás de la misma.
• Las placas base LPX tuvieron un significativo éxito debido al uso de las mismas en sistemas de bajo coste de compañías como HP, Packard Bell, Compaq e incluso IBM. Sin embargo, presentaban una serie de desventajas que harían que finalmente fueran cayendo en desuso. En primer lugar cabe destacar el hecho de que las especificaciones del formato LPX nunca fueran totalmente públicas, lo que ofrecía muchas dificultades para actualizar los componentes de la placa (requería comprarse una nueva riser card y dichas tarjetas eran raramente compatibles entre distintos diseños de la placa), siendo más útil cambiar de placa totalmente. De igual forma, muchas placas LPX de distintos fabricantes no eran compatibles entre sí, lo que significaba que sí querías cambiar de placa muchas veces tenías que cambiar también de caja debido a las ligeras variaciones que uno u otro fabricante efectuaban en la placa.
• Asimismo, el hecho de colocar una tarjeta en medio de la placa dificultaba mucho el flujo de aire, lo que suponía una gran desventaja a la hora de disipar el calor. Este defecto se acentúo con la llegada del Pentium III en 1997,que desprendía gran cantidad de calor.
ATX • El formato ATX nació en 1995 de la mano de Intel, y significó una revolución en el diseño de placas base desde el formato BabyAT. • Intel publicó las especificaciones del formato, lo que propició que dicho tipo de placa se extendiera rápidamente y se convirtiera en el formato más popular hasta nuestros días. • La placa base ATX posee un tamaño de 305 x 244 mm (superior al de antiguos formatos),lo cual nos indica que es incompatible con los formatos anteriores y que necesitamos adquirir una nueva caja y una nueva fuente de alimentación. Aunque esto pueda parecer en principio una desventaja, nada más lejos de la realidad, pues el formato ATX recoge lo mejor de los formatos BabyAT y del LPX además de una serie propia de mejoras,a saber:
• Facilidad fuente de alimentación (de 24 pines, con respecto a los 20 del formato AT),lo cual evita errores de conexión que pueden quemar la placa, tal y como ocurría frecuentemente con los formatos AT. • Recolocación de la CPU y la memoria: En el formato ATX la CPU y los módulos de memoria se recolocan para que no puedan interferir con los buses de otras tarjetas y de esta forma actualizar la memoria o el procesador sin necesidad de quitar dichas tarjetas. Asimismo, la nueva posición de estos elementos favorece un mejor flujo de aire favoreciendo la disipación del calor.
• Recolocación de los conectores internos de entrada/salida: Los conectores internos de entrada/salida para los disquetes y el disco duro se colocan más cerca de dichos dispositivos, lo que propicia unos cables internos más cortos y acceder a dichos conectores no requiere (como si ocurría con formatos anteriores) quitar ninguna tarjeta o disco duro. • Refrigeración mejorada: Tal y como comentábamos anteriormente, la nueva posición de la CPU y los slots de memoria favorecen el flujo de aire lo que redunda en una mayor disipación del calor.
• Menor costo para los fabricantes: Las mejoras anteriormente comentadas, así como la reducción de la longitud de los cables (acortando la distancia entre los conectores y los dispositivos) o la eliminación de los mismos (no son necesarios cables para los puertos serie y paralelo), provoca que el formato ATX tenga un costo de fabricación mucho menor que el de formatos anteriores. Sin duda este fue un factor determinante para la gran aceptación de las ATX en el mercado. • La placa ATX es básicamente una placa BabyAT rotada 90 º, y tal y como podemos ver en la imagen anterior, los slots PCI no interfieren con la memoria o la CPU ni con otros elementos.
• Aunque el tamaño de una placa ATX sea similar al de una BabyAT, normalmente los chasis de ambas son incompatibles, así como la fuente de alimentación, ya que usan diferentes conectores y proporcionan diferentes voltajes. • El formato ATX literalmente ha barrido del mercado a las placas BabyAT y LPX,y no contentos con ello, Intel ha intentado reducir progresivamente el tamaño de las placas ATX, desde la MiniATX, que no es más que una ATX ligeramente más pequeña (284x208mm) hasta otros formatos como microATX o flexATX que aparte de reducir su tamaño, ofrecen otra serie de características, y que describiremos a continuación.
microATX • El formato microATX fue introducido por Intel en 1997 para proporcionar unos sistemas más pequeños y de menor coste. De esta forma, el tamaño de una placa base microATX es de 244x244 mm como máximo siendo como mínimo de 171,45 mm x 171,45 mm (un tamaño menor no se ajustaría a los conectores ni al chasis). Este hecho permite la reducción del chasis y de la fuente, lo que, como ya hemos mencionado, permite unos sistemas de menor coste. • Las principales diferencias entre las placas microATX y las placas ATX, aparte del tamaño son el menor número de slots para tarjetas PCI o PCIExpress (4 como máximo) así como la posibilidad de usar una fuente de alimentación opcional más pequeña y de menor consumo . Asimismo es importante destacar que la mayor parte de los fabricantes de microATX suelen ofrecer la mayor parte de periféricos integrados (audio, red, video,etc..) para así abaratar el coste del sistema, que es el propósito de este factor de forma. Es importante mencionar que las placas microATX tienen retrocompatibilidad, es decir, una placa microATX cabe en la caja de una ATX,y una fuente de alimentación ATX sirve para una microATX.
flexATX • Ahondando en la idea de crear unos sistemas más pequeños y de menor coste, Intel desarrolló en 1999 un nuevo formato de menor coste y tamaño: flexATX. • El formato flexATX tiene un tamaño máximo de 229x191 mm, pudiendo ser mucho más pequeño siempre y cuando se ajuste al tamaño de una caja flexATX así como de los conectores de la placa con los distintos dispositivos. • El reducido tamaño de este formato obliga a reducir el número de slots para tarjetas PCI a un máximo de 3,aunque la mayor parte de este tipo de placas no ofrece ningún slot (permitiendo que la expansión sea posible únicamente a través de tarjetas que conectemos por USB o Firewire). • Tal y como ocurría con microATX, flexATX es compatible con sus predecesores, pudiendo utilizar un chasis de una microATX o ATX, así como sus respectivas fuentes de alimentación (si se utiliza un chasis que lo permita).
ITX y miniITX • En marzo de 2001, la empresa VIA,en un intento por promocionar su procesador C3 y con la creciente popularización de los PCs de tamaño reducido ,desarrolla el formato ITX. El formato ITX no era más que una ligera variación del formato flexATX, siendo un 6% más pequeño (215 x191mm). La diferencia con respecto al flexATX no era significativa por lo que los fabricantes no apostaron por ITX y VIA se vio obligada a desechar este formato rápidamente. • En abril de 2002,VIA creó un nuevo formato: miniITX. • Este formato era significativamente más pequeño que el anterior y permitía por tanto reducir el coste global del sistema, permitiendo el uso de este formato en sistemas embebidos y de pequeño tamaño. • Una placa miniITX no es más que una flexATX llevada a su mínimo tamaño posible (170x170mm) y adaptada especialmente para el procesador C3 de VIA, así como para la fuente de alimentación de bajo consumo Eden ESP. De hecho, una placa miniITX cabe perfectamente en una diseñada para flexATX.
• En un principio este nuevo formato no tuvo muy buena acogida entre los fabricantes, sin embargo, causó un gran furor entre muchos clientes debido principalmente a su bajo consumo, reducido tamaño y escaso nivel de ruido, lo que convertía a este formato en el ideal para el modding. Aunque el formato miniITX es un formato propietario, sus especificaciones son abiertas lo que, como ya hemos comentado en varias ocasiones, da como resultado una mayor aceptación del formato.
• En septiembre de 2003, Intel desarrolló el formato BTX con la idea de satisfacer las demandas de refrigeración y energía de los nuevos procesadores, así de como sustituir al formato ATX. • Las principales ventajas del formato BTX con respecto a ATX son: • Mayor refrigeración: El flujo de aire ha sido mejorado (ver más abajo), lo que permite una mayor refrigeración del sistema y evita la necesidad de instalar ventiladores adicionales, lo cual da lugar a un menor ruido y consumo energético.
• SRM: • Del inglés “Support and retention module”, el SRM no es más que un plato de metal fijado debajo de la placa, instalándose el ventilador del microprocesador justo encima, lo que previene daños a la placa y al microprocesador, especialmente durante el proceso de transporte de la misma. • Flexibilidad en las dimensiones de la placa: Tamaños de placa flexibles permiten a los fabricantes usar los mismos componentes en una gran cantidad de tipos de sistema permitiendo probar varias configuraciones. • Posibilidad de usar distintas tipos de fuente: El formato BTX permite utilizar distintos tipos de fuente,incluido el diseñado para la fuente ATX.
• Diseño estructural : La disposición de los elementos en una placa BTX reduce la latencia entre los mismos (al estar mucho más próximos).De la misma forma, y como ya hemos comentado, al colocar los elementos que más calor producen desde el centro hacia atrás, mejora significativamente la refrigeración del sistema. • La acogida en el mercado del formato BTX no ha sido tan buena como Intel esperaba, en parte debido a que las mejoras del formato no son suficientemente significativas frente a los inconvenientes de actualizar desde ATX.
NLX • NLX (New LowProfile Extended) nació en 1996 de la mano de Intel con el objetivo de reemplazar al formato LPX usado en los sistemas de tamaño reducido y bajo coste. A diferencia de LPX, las especificaciones del formato NLX son abiertas, lo que da como resultado total compatibilidad a la hora de cambiar de placa entre distintos fabricantes de la misma, así como de cambiar algún componente en particular. • El formato NLX es en un principio, similar al LPX, sin embargo NLX incorpora un gran número de mejoras para adaptarse a las mejoras tecnológicas de los últimos años, como puede ser el soportar los procesadores de gran tamaño o la inclusión de AGP o USB.
• La principal característica de NLX con respecto a LPX es que la placa base se conecta directamente a la llamada “riser card”,y no al revés, como ocurría con las placas LPX. Este hecho permite que todos los cables que normalmente se conectarían a la placa base, se conecten a la “riser card”,lo que tiene 2 resultados inmediatos: • La placa no tiene ningún cable o conector interno. • Permite cambiar de placa con mucha facilidad al no tener que remover ningún cable o conector. • Este último punto ha sido toda una revolución en el mercado, ya que no sólo permite intercambiar una placa base con otra con una gran rápidez, sino también facilita el intercambio de componentes entre sistemas distintos.
WTX • WTX fue desarrollado en 1998 de la mano de Intel con el objetivo de elaborar un formato para servidores y estaciones de trabajo. • Las placas WTX tienen un tamaño máximo de 356x425 mm, el gran aumento de tamaño con respecto a ATX permite proporcionar soporte para varios procesadores así como diferentes componentes requeridos en una estación de trabajo o servidor. • Otra característica interesante del formato WTX es que no se fija directamente al chasis, sino a una plato intermedio, lo que permite no tener puntos de montaje específicos y demás, ofreciendo una mayor flexibilidad a los fabricantes. • El formato WTX nunca acabó de cuajar del todo, y actualmente se encuentra en desuso.
DTX • DTX es un formato en desarrollo propuesto por AMD. El objetivo de este formato son los sistemas de pequeño tamaño, por lo que tiene unas dimensiones reducidas: 203 x204 mm, aunque hay una variación del formato de 203x170 mm llamada miniDTX. • Cabe destacar también que como mucho permite 2 slots de expansión, siendo uno de ellos PCIExpress y que tiene compatibilidad con el formato ATX. • Se espera que este formato tenga una buena acogida en el mercado, debido especialmente a que sus costes de producción son muy bajos.
La Placa Base y Componentes • Es una placa de circuito impreso sobre la que hay montada una seria de componentes electrónicos. También llamada tarjeta madre es el componente que se utiliza para conectar los demás componentes esenciales de una computadora. Aparte de los componentes pasivos, existe una serie de elementos importantes: • Un zócalo para la instalación del microprocesador. En algunos casos, existe otro zócalo para instalar el coprocesador si el microprocesador no lo lleva integrado. • Slots de expansión, una ‘especie’ de conectores sobre los cuales se conectan las tarjetas. • Un controlador de teclado, que traduce las teclas pulsadas a códigos adecuados para que el microprocesador pueda interpretarlos. • Una serie de conectores llamados bancos, sobre los que se monta la memoria RAM.
• Un grupo de zócalos sobre los que se instala una memoria caché, que agiliza la transferencia de datos del microprocesador a la memoria principal (RAM) y viceversa. Aunque en algunas placas esta memoria viene integrada. • Un conector para teclado y para mouse. • Un pequeño chip de memoria ROM denominado BIOS, en la que se encuentran grabadas las instrucciones de arranque del sistema y un programa de configuración del equipo denominado SETUP. • Un conjunto de Jumpers y/o micro interruptores que se abren o cortocircuitan para configurar la placa, e indica que componentes se instalan en ella.
En la figura se muestra la distribución de estos componentes en la placa base
Los componentes de la placa base. La placa base contiene distintas partes que lo conforman los cuales se muestran más adelante del documento, cabe mencionar que sin estos componentes conectados entre si nuestro equipo de computo no operaria de forma correcta inclusive no prendería nuestra computadora. • • • • • •
Zócalo del microprocesador Ranuras de memoria (SIMM, DIMM...) Chipset de control Bios Ranuras de expansión (ISA, PCI, AGP...) Memoria caché
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Conectores internos Conectores externos Conector eléctrico Pila Elementos integrados variados
Formatos de las Placas Base • El estándar de placa (B)AT. Para identificar una placa Baby-AT, lo mejor es observar el conector del teclado, que es una clavija DIN de 5 pines, o bien mirar el conector de alimentación que deberá estar dividido en dos piezas, cada una con 6 cables como se muestra en la figura
El estándar de placa ATX. • Es el más moderno, el que mayores ventajas ofrece, y físicamente incompatible con los formatos previos. Desde el año de 1995, existen los estándares ATX y LPX y, desde 1996, el estándar LNX. Estas tres versiones definen nuevos factores de forma para las placas base y las fuentes de alimentación que no son compatibles entre sí ni con el estándar BAT. No obstante las fuentes del ATX y el NLX son intercambiables ya que tienen el mismo conector para corriente.
• Para identificar una placa ATX, lo mejor es observar sus conectores, ya que están agrupados el de teclado, ratón, series, paralelo y USB, mostrando una apariencia como la de la figura anterior. Además, el conector del teclado y ratón son clavijas mini-DIN (PS/2), y la placa recibe la alimentación mediante un conector formado por una única pieza como se muestra en la figura
Zócalo del microprocesador • Es el lugar donde se inserta el "cerebro" del ordenador. Durante más de 10 años consistió en un rectángulo o cuadrado donde el "micro", una pastilla de plástico negro con patitas, se introducía con mayor o menor facilidad; la aparición de los Pentium II cambió un poco este panorama, introduciendo los conectores en forma de ranura (slot). • Veamos en detalle los tipos más comunes de zócalo, o socket donde se introduce el microprocesador:
• PGA: pin grid array, son el modelo clásico, usado en el 386 y muchos 486; consiste en un cuadrado de conectores en forma de agujero donde se insertan las patitas del chip por pura presión. Según el chip, tiene más o menos agujeritos. • ZIF: Zero Insertion Force (socket), es decir, zócalo de fuerza de inserción nula. El gran avance que relajó la vida de los aficionados a la ampliación de ordenadores. Eléctricamente es como un PGA, aunque gracias a un sistema mecánico permite introducir el micro sin necesidad de fuerza alguna, con lo que el peligro de romper alguno de los pines del microprocesador desaparece. Apareció en la época del 486 y sus distintas versiones (sockets 3, 5 y 7, principalmente) se han utilizado hasta que apareció el Pentium II. Tipos de zócalos ZIF:
• Socket 7 "Súper 7": variante del Socket 7 que se caracteriza por poder usar velocidades de bus de hasta 100 MHz, es el que utilizan los micros AMD K6-2. • Socket 370 o PGA370: físicamente similar al anterior, pero incompatible con él por utilizar un bus distinto. Dos versiones: PPGA (la más antigua, sólo para micros Intel Celeron Mendocino) y FC-PGA (para Celeron y los más recientes Pentium III). • Socket A (462): utilizado únicamente por los AMD K7 Athlon y por los AMD Duron. • Socket 423: utilizado únicamente por los Pentium 4.
• Slot 1: Fue un invento de Intel para enchufar los Pentium II, o más bien para desenchufar a su competencia, AMD y Cyrix. Físicamente, no se parece a nada de lo anterior; en vez de un rectángulo con agujeros para las patitas del chip, es una ranura (slot), una especie de conector alargado como los ISA o PCI. Técnicamente, y por mucho que diga Intel, no tiene muchas ventajas frente a los ZIF (e incluso puede que al estar los conectores en forma de "peine" den lugar a más interferencias), aunque tiene una irreprochable: es 100% Intel.
• Slot A: la respuesta de AMD al Slot 1; físicamente ambos "slots" son idénticos, pero lógica y eléctricamente son totalmente incompatibles por los motivos indicados antes. Utilizado únicamente por los primeros AMD K7 Athlon.
• Otros: en ocasiones, no existe zócalo en absoluto, sino que el chip está soldado a la placa, en cuyo caso a veces resulta hasta difícil de reconocer. Es el caso de muchos 8086, 286 y 386SX. O bien se trata de chips antiguos (esos 8086 o 286), que tienen forma rectangular alargada (parecida a la del chip de BIOS) y patitas planas en vez de redondas; en este caso, el zócalo es asimismo rectangular, del modelo que se usa para multitud de chips electrónicos de todo tipo.
Ranuras de memoria • Son los conectores de la memoria principal del ordenador, la RAM. Dichos conectores son como los que se muestran en la figura siguiente:
• Antiguamente, los chips de RAM se colocaban uno a uno sobre la placa, de la forma en que aún se hace en las tarjetas de vídeo, lo cual no era una buena idea debido al número de chips que podía llegar a ser necesario y a la delicadeza de los mismos; por ello, se agruparon varios chips de memoria soldados a una plaquita, dando lugar a lo que se conoce como módulo. • Estos módulos han ido variando en tamaño, capacidad y forma de conectarse; al comienzo los había que se conectaban a la placa mediante unas patitas muy delicadas, lo cual se desechó del todo hacia la época del 386 por los llamados módulos SIMM, que tienen los conectores sobre el borde del módulo.
• Los SIMMs originales tenían 30 conectores, esto es, 30 contactos, y medían unos 8,5 cm. Hacia finales de la época del 486 aparecieron los de 72 contactos, más largos: unos 10,5 cm. Este proceso ha seguido y se tiene los módulos DIMM, de 168 contactos y 13 cm. • Los zócalos de memoria DDR-SDRAM son del mismo tamaño que los DIMM de SDRAM, pero con más conectores: 184 pines en lugar de los 168 de la SDRAM normal. Los zocalos DDRs soportan una capacidad máxima de 1Gb.
• Proviene de ("Rambus In line Memory Module"), son un tipo de memorias RAM del tipo RDRAM ("Rambus Dynamic Random Access Memory: • Todos las memorias RIMM cuentan con 184 terminales.
• Los zócalos SDRAM DDR2 es la segunda generación de SDRAM DDR. • El número de contactos en un módulo de memoria DDR SDRAM DIMM se elevó de 184 a 240. • Los zócalos de la DDR3 poseen 240 pines, es decir la misma cantidad que las DDR2, ambos tipos de memorias son incompatibles, ya que los pines han sido ubicados de manera diferente.
Chipset • Se trata del juego o conjunto de chips que actúa como interconexión entre el microprocesador y el resto de los elementos y da el nombre a la placa base. Estos componentes ayudan al mP a acceder a la memoria, bus de datos o direcciones, slots de expansión, discos, etc., es decir, tareas básicas para el funcionamiento de la placa base. • La función principal del Chipset es servir como medio de comunicación entre los otros componentes de la placa base, proporcionando las líneas eléctricas necesarias y las señales de control para que todas las transferencias de datos se hagan de forma fiable.
Función del Chipset. Por simplicidad se han puesto dos circuitos integrados que es normal en la actualidad, aunque puede haber uno o más dedos; se ha hecho un reparto de funciones sólo a modo conceptual.
• Se pueden distinguir tres canales de comunicación principales: • Microprocesador con memoria caché y memoria principal (DRAM). • Microprocesador con tarjetas de expansión. • Microprocesador con dispositivos de almacenamiento.
• El Chipset integra todas estas funciones de control, además de otras. La velocidad con la que se mueven los datos en el interior del PC depende del Chipset por un lado, y del resto de electrónica asociada, por otro.
• En los actuales Chipsets se integran diferentes dispositivos, como Son: • • • • • • • •
Controladora de memoria. Puente PCI. Controladora EIDE. Reloj en tiempo real. Controladora DMA. Controladora de teclado y ratón. Controladora de caché de 2º o 3er nivel (L2 o L3). Controladora de puerto de infrarrojos (IrDA).
• Del Chipset depende la cantidad de memoria DRAM que se puede conectar, además de la caché que se puede poner y de la cantidad de DRAM que es cacheable, es decir, la cantidad de memoria DRAM para la cual funcionará la caché. • Hay muchos fabricantes que disponen de juegos de chips, y por tanto hay muchos modelos de placas base para un mP. Estos chips van soldados en la placa base y pueden estar formados por 5 o 6 circuitos integrados o, incluso, reunir todas las funciones en un único circuito integrado.
• Existe una amplia gama de juegos de chips para cada tipo de mP y de bus; así, una placa base de un Pentium lleva un juego de chips distinto de un 486 o anteriores, de un Pentium II o Pentium III y muy diferente a un Pentium IV, un ejemplo se puede ver en la Figura.
• En 1995, Intel lanzó el juego de Chipset conocido como FX (Tritón), diseñado para trabajar con el microprocesador Pentium. Pronto se añadieron tecnologías como USB (Bus Serie Universal) y AGP (Puerto Acelerador Gráfico). • Con posterioridad aparece el Chipset de Intel 430EX. HX, VX y TX. todos para el Pentium en socket 7. Aparece el Pentium II y el chipset 440LX. • En abril de 1998 aparece el 440BX que trabaja a frecuencia de bus de 100 MHz, tiene un mayor ancho de banda (permite trabajar a más velocidad y ráfagas puntuales mayores) para el PCI y AGP, soporte para IEEE 1394 (bus serie de alta velocidad), denominado ‘Firewire” (hilo de fuego).
• Aparece también el 440EX para el Celerón y también el 440GX y 450NX, éste último para los micros de slot 2 próximos de Intel. • Otros fabricantes de Chipset son VIA (de AMD), OPTI. SIS. ALI. etc., que son más económicos, hay ocasiones en las que en la práctica existen problemas de incompatibilidades de determinados chips con determinados componentes hardware, aunque suelen ser problemas poco frecuentes.
• El puente norte, northbridge, MCH(memory controller hub) o GMCH(graphic MCH), se usa como puente de enlace entre el microprocesador y la memoria. Controla las funciones de acceso hacia y entre el microprocesador, la memoria RAM, el puerto gráfico AGP o el PCI-Express de gráficos, y las comunicaciones con el puente sur. Al principio tenía también el control de PCI, pero esa funcionalidad ha pasado al puente sur.
• El puente sur, southbridge o ICH (input controller hub), controla los dispositivos asociados como son la controladora de discos IDE, puertos USB, FireWire, SATA, RAID , ranuras PCI, ranura AMR,ranura CNR, puertos infrarrojos, disquetera, LA N, PCI-Express 1x y una larga lista de todos los elementos que podamos imaginar integrados en la placa madre. Es el encargado de comunicar el procesador con el resto de los periféricos.
La BIOS • La BIOS realmente no es sino un programa que se encarga de dar soporte para manejar ciertos dispositivos denominados de entradasalida (Input-Output). Físicamente se localiza en un chip que suele tener forma rectangular.
• Además, la BIOS conserva ciertos parámetros como el tipo de disco duro, la fecha y hora del sistema, etc., los cuales guarda en una memoria del tipo CMOS, de muy bajo consumo y que es mantenida con una pila cuando el ordenador está desconectado. • Las BIOS pueden actualizarse bien mediante la extracción y sustitución del chip (método muy delicado) o bien mediante software, aunque sólo en el caso de las llamadas Flash-BIOS.
Slots para tarjetas de expansión • Son unas ranuras de plástico con conectores eléctricos (slots) donde se introducen las tarjetas de expansión (tarjeta de vídeo, de sonido, de red...). Según la tecnología en que se basen presentan un aspecto externo diferente, con diferente tamaño y a veces incluso en distinto color.
• Ranuras ISA: son las más veteranas, un legado de los primeros tiempos del PC. Funcionan a unos 8 MHz y ofrecen un máximo de 16 MB/s, suficiente para conectar un módem o una tarjeta de sonido, pero muy poco para una tarjeta de vídeo. Miden unos 14 cm y su color suele ser negro; existe una versión aún más antigua que mide sólo 8,5 cm.
• Ranuras Vesa Local Bus: un modelo de efímera vida: se empezó a usar en los 486 y se dejó de usar en los primeros tiempos del Pentium. Son un desarrollo a partir de ISA, que puede ofrecer unos 160 MB/s a un máximo de 40 MHz. Son larguísimas, unos 22 cm, y su color suele ser negro, a veces con el final del conector en marrón u otro color.
• Ranuras PCI: el estándar actual. Pueden dar hasta 132 MB/s a 33 MHz, lo que es suficiente para casi todo, excepto quizá para algunas tarjetas de vídeo 3D. Miden unos 8,5 cm y generalmente son blancas. • Ranuras AGP: se dedica exclusivamente a conectar tarjetas de vídeo 3D, por lo que sólo suele haber una; además, su propia estructura impide que se utilice para todos los propósitos, por lo que se utiliza como una ayuda para el PCI. Según el modo de funcionamiento puede ofrecer 264 MB/s o incluso 528 MB/s. Mide unos 8 cm y se encuentra bastante separada del borde de la placa.
Las placas actuales tienden a tener los más conectores PCI posibles, manteniendo uno o dos conectores ISA por motivos de compatibilidad con tarjetas antiguas y usando AGP para el vídeo.
Memoria Caché • Se trata de un tipo de memoria muy rápida que se utiliza de puente entre el microprocesador y la memoria principal o RAM, de tal forma que los datos más utilizados puedan encontrarse antes, acelerando el rendimiento del ordenador, especialmente en aplicaciones ofimáticas. • Se empezó a implantar en la época del 386, no siendo de uso general hasta la llegada de los 486.
• Su tamaño ha sido siempre relativamente reducido (como máximo 1 MB), tanto por cuestiones de diseño como por su alto precio, consecuencia directa de su gran velocidad. Este precio elevado hizo que incluso se llegara a vender un número considerable de placas base con cachés falsas, algo que afortunadamente en la actualidad es bastante inusual. • También se la conoce como caché externa, secundaria o de segundo nivel (L2), para diferenciarla de la caché interna o de primer nivel que llevan todos los microprocesadores desde el 486 (excepto el 486SX y los primeros Celeron). Su presentación varía mucho: puede venir en varios chips o en un único chip, soldada a la placa base o en un zócalo especial (por ejemplo del tipo CELP) e incluso puede no estar en la placa base sino pertenecer al microprocesador, como en los Pentium II y los modernos Celeron Mendocino.
Conectores externos • Se trata de los conectores para periféricos externos: teclado, ratón, impresora... En las placas Baby-AT lo único que está en contacto con la placa son unos cables que la unen con los conectores en sí, que se sitúan en la carcasa, excepto el de teclado que sí está adherido a la propia placa. En las ATX los conectores están todos agrupados entorno al de teclado y soldados a la placa base.
Actualmente los teclados y ratones tienden hacia el mini-DIN o PS/2, y se supone que en unos años casi todo se conectará al USB, en una cadena de periféricos conectados al mismo cable.
Conectores internos • Bajo esta denominación englobamos a los conectores para dispositivos internos, como puedan ser la disquetera, el disco duro, el CD-ROM o el altavoz interno, e incluso para los puertos serie, paralelo y de joystick si la placa no es de formato ATX.
• En las placas base antiguas el soporte para estos elementos se realizaba mediante una tarjeta auxiliar, llamada de Input/Output o simplemente de I/O, como la de la figura 2.12 en la parte superior; pero ya desde la época de los 486 se hizo común integrar los chips controladores de estos dispositivos en la placa base, o al menos los correspondientes a discos duros y disquetera.
• El conector correspondiente a la disquetera; tiene 34 pines, y equivale al de menor tamaño de la foto del comienzo de este apartado; el siguiente es el de disco duro, que en las placas actuales es doble (uno para cada canal IDE); tiene 40 pines (a veces sólo 39, ya que el pin 20 carece de utilidad)
• el altavoz interno, los leds (las bombillitas) para el disco duro, el indicador de encendido, el turbo (si existe, en las placas modernas está totalmente en desuso) y los interruptores de reset o stand-by se conectan todos ellos con cables de colores a una serie de jumpers que se conectan en pines como los que se muestran en la figura 2.14, cuya posición y características de voltaje vendrán indicadas en el manual de la placa y/o en el serigrafiado de la misma.
• Conector eléctrico • Es donde se conectan los cables para que la placa base reciba la alimentación proporcionada por la fuente. En las placas Baby-AT los conectores son dos, si bien están uno junto al otro, mientras que en las ATX es único.
• Pila • La pila del ordenador, o más correctamente el acumulador, se encarga de conservar los parámetros de la BIOS cuando el ordenador está apagado. Sin ella, cada vez que encendiéramos tendríamos que introducir las características del disco duro, del chipset, la fecha y la hora. Dicha pila es como la que se muestra en la figura Se trata de un acumulador, pues se recarga cuando el ordenador está encendido. Sin embargo, con el paso de los años pierde poco a poco esta capacidad (como todas las baterías recargables) y llega un momento en que hay que cambiarla. Esto, que ocurre entre 2 y 6 años después de la compra del ordenador, puede preverse observando si la hora del ordenador "se retrasa" más de lo normal.
• Elementos integrados variados • En las placas base modernas resulta muy común que ciertos componentes se incluyan en la propia placa base, en vez de ir en forma de tarjetas de expansión. Los más comunes son: • Controladoras de dispositivos: en general todas las placas Pentium, y algunas 486, disponen de unos chips en la placa base que se encargan de manejar los discos duros, disqueteras y puertos serie (puertos COM); algunas de gama alta incluso tienen controladoras SCSI integradas. • Tarjeta de sonido: ahora que una tarjeta de 16 bits suele consistir en un único chip y los conectores, cada vez más placas base la incorporan. • Controladora de vídeo: lo que suele llamarse "tarjeta de vídeo", pero sin la tarjeta. Las que incorporan las placas base no suelen ser de una potencia excepcional, pero sí suficiente para trabajos de oficina, como por ejemplo una Intel 740.
