Motherboards (Placa Madre)

La placa base, también conocida como placa madre o tarjeta madre es una tarjeta de circuito impreso a la que se conectan los componentes que constituyen la computadora. Es una parte fundamental a la hora de armar una PC de escritorio o portátil. Tiene instalados una serie de circuitos integrados, entre los que se encuentra el circuito integrado auxiliar, que sirve como centro de conexión entre el microprocesador, la memoria de acceso aleatorio (RAM), las ranuras de expansión y otros dispositivos.

Va instalada dentro de una caja o gabinete que por lo general está hecha de chapa y tiene un panel para conectar dispositivos externos y muchos conectores internos y zócalos para instalar componentes dentro de la caja.

La placa base, además, incluye un firmware llamado BIOS, que le permite realizar las funcionalidades básicas, como pruebas de los dispositivos, vídeo y manejo del teclado, reconocimiento de dispositivos y carga del sistema operativo.

El formato actual de las placas base es el ATX, en sus dos versiones más extendidas. ATX (de 305 mm x 244 mm) y Mini ATX (de 284 mm x 208 mm), aunque hay más versiones, dependiendo de las medidas. 

El formato AT (ya en desuso) no permitía otro sistema de encendido y apagado del ordenador que no fuera mediante un interruptor que conectara y desconectara la fuente de alimentación. 

Componentes de una placa madre

Una placa madre típica en PCs consiste de un gran circuito impreso que incluye como mínimo:

• Sockets, en donde uno o más CPUs son instalados.
• Slots, en donde la memoria principal es intalada (generalmente módulos DIMMs con memoria DRAM).
• Un chipset: Northbridge y Southbridge.
• Chips de memoria no volátil (generalmente Flash ROM), que contiene la BIOS o el firmware del sistema.
• Un reloj  que produce señales de reloj para sincronizar varios componentes.
• Bahías o zócalos para tarjetas de expansión.
• Conectores de energía para distribuirla entre los distintos dispositivos de la computadora. La electricidad se recibe desde la fuente eléctrica.
• Puertos de conexión para dispositivos como los PS/2 para el ratón y el teclado, o puertos USB.
• También algunas placas madres incluyen dispositivos de enfriamiento como ventiladores.
• Muchas placas madres incluyen dispositivos que antes sólo existían como placas o tarjetas separadas y debían conectarse a la placa madre empleando zócalos libres en la misma. Por ejemplo, muchas placas madres vienen integradas con placa de sonido, de aceleración de video, módem, etc.

Así se fabrican las Placas Madres.

BIOS

BIOS, acrónimo de Basic Input-Output System, es un firmware presente en las computadoras, contiene las instrucciones más elementales para que puedan funcionar y desempeñarse adecuadamente, pueden incluir rutinas básicas de control de los dispositivos. Además localiza el Sistema Operativo en la memoria RAM, brinda una comunicación de muy bajo nivel y configuración del Hardware residente en nuestro ordenador.

El Firmware o programación en firme como algunos la llaman no es más que un bloque de instrucciones para propósitos muy concretos, éstos dispositivos están grabados en una memoria de solo lectura o ROM, establecen la lógica de más bajo nivel,-y esto para qué-, para poder controlar los circuitos electrónicos de un dispositivo de cualquier tipo. Ahora al firmware se le considera un hibrido entre el Software y el Hardware, al estar integrado en la parte electrónica, pertenece al Hardware, pero a su vez también es Software ya que proporciona lógica y se establece en un lenguaje de programación, en este caso el código Assembler.

En la BIOS no se puede escribir ya que sirve de puente de comunicación entre todos los dispositivos del ordenador, se almacena en un chip del tipo ROM (Read Only Memory), así que no se resetea al apagarse, como sí lo haría una memoria RAM.

Microprocesadores

El microprocesador es el circuito integrado central y más complejo de un sistema informático; a modo de ilustración, se le suele llamar por analogía el «cerebro» de un computador. Es un circuito integrado conformado por millones de componentes electrónicos. Constituye la unidad central de procesamiento (CPU) de un PC catalogado como microcomputador.

Es el encargado de ejecutar los programas; desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria.

Esta unidad central de procesamiento está constituida, esencialmente, por registros, una unidad de control, una unidad aritmética lógica (ALU) y una unidad de cálculo en coma flotante (conocida antiguamente como «co-procesador matemático»), el cual es un procesador dedicado para tipo de cálculos complejos.

El microprocesador está conectado generalmente mediante un zócalo específico de la placa base de la computadora; normalmente para su correcto y estable funcionamiento, se le incorpora un sistema de refrigeración, que consta de un disipador de calor fabricado en algún material de alta conductividad térmica, como cobre o aluminio, y de uno o más ventiladores que eliminan el exceso del calor absorbido por el disipador. Entre el ventilador y la cápsula del microprocesador suele colocarse pasta térmica para mejorar la conductividad térmica. 

Funcionamiento:

El microprocesador está compuesto básicamente por: varios registros, una unidad de control, una unidad aritmético lógica, y dependiendo del procesador, puede contener una unidad de coma flotante.

El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios organizados secuencialmente en la memoria principal.

Un registro es una memoria de alta velocidad y poca capacidad, integrada en el microprocesador, que permite guardar transitoriamente y acceder a valores muy usados, generalmente en operaciones matemáticas.

Los registros están en la cumbre de la jerarquía de memoria, y son la manera más rápida que tiene el sistema de almacenar datos. Los registros se miden generalmente por el número de bits que almacenan; por ejemplo, un "registro de 8 bits" o un "registro de 32 bits".

Memoria RAM

La memoria principal o RAM (Random Access Memory, Memoria de Acceso Aleatorio) es donde el computador guarda los datos que está utilizando en el momento presente. El almacenamiento es considerado temporal por que los datos y programas permanecen en ella mientras que la computadora este encendida o no sea reiniciada. Se le llama RAM por que es posible acceder a cualquier ubicación de ella aleatoria y rápidamente

Físicamente, están constituidas por un conjunto de chips o módulos de chips normalmente conectados a la tarjeta madre. Los chips de memoria son rectángulos negros que suelen ir soldados en grupos a unas plaquitas con "pines" o contactos:

La diferencia entre la RAM y otros tipos de memoria de almacenamiento, como los disquetes o los discos duros, es que la RAM es mucho más rápida, y que se borra al apagar el computador, no como los Disquetes o discos duros en donde la información permanece grabada.

Se utiliza como memoria de trabajo para el sistema operativo, los programas y la mayoría del software. Es allí donde se cargan todas las instrucciones que ejecutan el procesador y otras unidades de cómputo.

Tipos de memoria RAM

Los primeros módulos utilizados fueron los denominados SIMM (Single In-line Memory Module). Estos módulos tenían los contactos en una sola de sus caras y podían ser de 30 contactos (los primeros), que posteriormente pasaron a ser de 72 contactos. 

SDRAM: 

Las memorias SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) son las utilizadas actualmente (aunque por SDRAM se suele identificar a un tipo concreto de módulos, en realidad todos los módulos actuales son SDRAM). 

Son un tipo de memorias síncronas, es decir, que van a la misma velocidad del sistema, con unos tiempos de acceso que en los tipos más recientes son inferiores a los 10ns, llegando a los 5ns en los más rápidos. Las memorias SDRAM se dividen a su vez en varios tipos.

 DDR: 

Los módulos DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) son una evolución de los módulos SDR. Se trata de módulos del tipo DIMM, de 184 contactos y 64bits, con una velocidad de bus de memoria de entre 100MHz y 200MHz, pero al realizar dos accesos por ciclo de reloj las velocidades efectivas de trabajo se sitúan entre los 200MHz y los 400MHz. Este es un punto que a veces lleva a una cierta confusión, ya que tanto las placas base como los programas de información de sistemas las reconocen unas veces por su velocidad nominal y otras por su velocidad efectiva. 

DDR2 : 

Los módulos DDR2 SDRAM son una evolución de los módulos DDR SDRAM. Se trata de módulos del tipo DIMM, en este caso de 240 contactos y 64bits. Tienen unas velocidades de bus de memoria real de entre 100MHz y 266MHz, aunque los primeros no se comercializan. 

La principal característica de estos módulos es que son capaces de realizar cuatro accesos por ciclo de reloj (dos de ida y dos de vuelta), lo que hace que su velocidad de bus de memoria efectiva sea el resultado de multiplicar su velocidad de bus de memoria real por 4. 

DDR3: 

El principal beneficio de instalar DDR3 es la habilidad de poder hacer transferencias de datos más rápido,y con esto nos permite obtener velocidades de transferencia y velocidades de bus más altas que las versiones DDR2 anteriores. Sin embargo, no hay una reducción en la latencia, la cual es proporcionalmente más alta. Además la DDR3 permite usar integrados de 512 MB a 8 GB, siendo posible fabricar módulos de hasta 16 GB. También proporciona significativas mejoras en el rendimiento en niveles de bajo voltaje, lo que lleva consigo una disminución global de consumo eléctrico.

Disco Duro

Un disco duro es un dispositivo de almacenamiento no volátil que constituye una de las partes más importantes de una computadora. Es la parte que contiene la información codificada y que almacena los distintos programas y archivos. Este sistema de almacenamiento opera de manera digital (es decir la información está cuantificada, codificada en valores discretos de ceros o unos)  en discos de superficies magnéticas que giran rápidamente. Se compone de uno o más platos o discos rígidos, unidos por un mismo eje que gira a gran velocidad dentro de una caja metálica sellada. Sobre cada plato, y en cada una de sus caras, se sitúa un cabezal de lectura/escritura que flota sobre una delgada lámina de aire generada por la rotación de los discos.

Para poder utilizar un disco duro, un sistema operativo debe aplicar un formato de bajo nivel que defina una o más particiones. La operación de formateo requiere el uso de una fracción del espacio disponible en el disco, que dependerá del formato empleado.

 Estructura física

Dentro de un disco duro hay uno o varios discos (de aluminio o cristal) concéntricos llamados platos (normalmente entre 2 y 4, aunque pueden ser hasta 6 ó 7 según el modelo), y que giran todos a la vez sobre el mismo eje, al que están unidos. El cabezal (dispositivo de lectura y escritura) está formado por un conjunto de brazos paralelos a los platos, alineados verticalmente y que también se desplazan de forma simultánea, en cuya punta están las cabezas de lectura/escritura. Por norma general hay una cabeza de lectura/escritura para cada superficie de cada plato. Los cabezales pueden moverse hacia el interior o el exterior de los platos, lo cual combinado con la rotación de los mismos permite que los cabezales puedan alcanzar cualquier posición de la superficie de los platos.

• Plato: cada uno de los discos que hay dentro del disco duro.
• Cara: cada uno de los dos lados de un plato.
• Cabeza: número de cabezales.
• Pistas: una circunferencia dentro de una cara; la pista 0 está en el borde exterior.
• Cilindro: conjunto de varias pistas; son todas las circunferencias que están alineadas verticalmente (una de cada cara).
• Sector: cada una de las divisiones de una pista. El tamaño del sector no es fijo, siendo el estándar actual 512 bytes, aunque próximamente serán 4 KiB. Antiguamente el número de sectores por pista era fijo, lo cual desaprovechaba el espacio significativamente, ya que en las pistas exteriores pueden almacenarse más sectores que en las interiores. Así, apareció la tecnología ZBR (grabación de bits por zonas) que aumenta el número de sectores en las pistas exteriores, y utiliza más eficientemente el disco duro. Así las pistas se agrupan en zonas de pistas de igual cantidad de sectores.

Tipos de Conexión

Si hablamos de disco duro podemos citar los distintos tipos de conexión que poseen los mismos con la placa base, es decir pueden ser SATA, IDE, SCSI o SAS:

IDE:

Integrated Drive Electronics ("Dispositivo electrónico integrado") o ATA (Advanced Technology Attachment), controla los dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros y ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet Interface) Hasta aproximadamente el 2004, el estándar principal por su versatilidad y asequibilidad. Son planos, anchos y alargados. Se podía configurar mediante jumpers.

SCSI:

  Son interfaces preparadas para discos duros de gran capacidad de almacenamiento y velocidad de rotación. Su tiempo medio de acceso puede llegar a 7 milisegundos y su velocidad de transmisión secuencial de información puede alcanzar teóricamente los 5 Mbps en los discos SCSI Estándares, los 10 Mbps en los discos SCSI Rápidos y los 20 Mbps en los discos SCSI Anchos-Rápidos (SCSI-2). Un controlador SCSI puede manejar hasta 7 discos duros SCSI (o 7 periféricos SCSI) con conexión tipo margarita (daisy-chain). A diferencia de los discos IDE, pueden trabajar asincrónicamente con relación al microprocesador, lo que posibilita una mayor velocidad de transferencia.

SATA:

      El más novedoso de los estándares de conexión, utiliza un bus serie para la transmisión de datos. Notablemente más rápido y eficiente que IDE. Existen tres versiones, SATA 1 con velocidad de transferencia de hasta 150 MB/s (hoy día descatalogado), SATA 2 de hasta 300 MB/s, el más extendido en la actualidad; y por último SATA 3 de hasta 600 MB/s el cual se está empezando a hacer hueco en el mercado. Físicamente es mucho más pequeño y cómodo que los IDE, además de permitir conexión en caliente.

Cómo funciona un Disco Duro