El mainboard también conocido como motherboard, placa madre o base es uno de los componentes básicos por no decir el más relevante en una PC. Su función es vital y gran parte de la calidad del funcionamiento general está determinada por este componente. Su función es administrar el cpu e interconectar los distintos periféricos.
Así como el CPU es el cerebro, la placa madre es el sistema nervioso.
Componentes básicos:
- Zócalo para Microprocesador.
- Memoria ROM (BIOS).
- Bancos de memoria.
- Chips de soporte o "Chipset": Puente norte y sur, "placas" onboard.
- Buses internos: de control, de direcciones, de datos
- Buses externos: los denominados bancos, zócalos o "slots"
- Conexión con una fuente de alimentación y estándares de fabricación (factor de forma).
En el pasado estaban ensamblados en el mismo mother (formato BGA) y carecían de lo que ahora se denomina zócalos de CPU.
En otros casos eran en formato PGA, hoy es muy común en pequeños integrados.
A partir de las 486 en adelante las placas madre ofrecían una posibilidad más de expansión que era la de colocar distintas unidades de CPU ofreciendo capacidades de procesamiento diferentes.
Obviamente existen ciertos límites, es así que es común tener una placa base y que ambas tengan una CPU de frecuencias bastantes dispares pero siempre conservando las misma características (socket, FSB) con la única excepción del clock y multiplicador del CPU. El chipset va a determinar automáticamente el clock y multiplicador del CPU (en algunos casos se puede hacer en forma manual permitiendo el overclocking).
Una placa base de Pentium 3 no es compatible con un Pentium 2, pero una placa base de Pentium 3 puede soportar tanto uno de 500 MHz como otro de 800 MHz por ejemplo.
Actualmente por razones de costo alguna placas madre económicas ofrecen los procesadores ensamblados en la misma placa pero en realidad es el cpu soldado al zócalo de expansión.
- PGA: 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.
- Socket, con mecanismo ZIF (Zero Insertion Force). En ellas el procesador se inserta y se retire sin necesidad de ejercer alguna presión sobre él. Al levantar la palanquita que hay al lado se libera el microprocesador, siendo extremadamente sencilla su extracción. Estos zócalos aseguran la actualización del microprocesador.
Hay de diferentes tipos:
- Socket 423 y 478. En ellos se insertan los nuevos Pentium 4 de Intel. El primero hace referencia al modelo de 0,18 micras (Willamete) y el segundo al construido según la tecnología de 0,13 micras (Northwood). También hay algunos de 478 con núcleo Willamete.
- Socket 462/Socket A. Ambos son el mismo tipo. Se trata donde se insertan los procesadores Athlon en sus versiones más nuevas:
- Athlon Duron
- Athlon Thunderbird
- Athlon XP
- Athlon MP
- Socket 370 o PPGA. Es el zócalo que utilizan los últimos modelos del Pentium III y Celeron de Intel.
- Socket 8. Utilizado por los procesadores Pentium Pro.
- Socket 7. Lo usan los micros Pentium/Pentium MMX/K6/K6-2 o K6-3 y muchos otros.
- Otros socket, como el zócalo ZIF Socket-3 permite la inserción de un 486 y de un Pentium Overdrive.
- Socket 754: Utilizado por el Athlon 64
- Socket 940: AMD Athlon 64 FX
- Slot A / Slot 1 /Slot 2. Es donde se conectan respectivamente los procesadores Athlon antiguos de AMD / los procesadores Pentium II y antiguos Pentium III / los procesadores Xeon de Intel dedicados a servidores de red. Todos ellos son cada vez más obsoletos. El modo de insertarlos es a similar a una tarjeta gráfica o de sonido, ayudándonos de dos guías de plástico insertadas en la placa base.
Los motherboards poseen una pequeña porción de memoria ROM donde se aloja el BIOS (Basic Input / Output System). Antes eran memorias ROM estándar donde no permitían ser rescritas, pero actualmente se usan EPROM del tipo flash que permite ser rescrita varias veces (proceso delicado y lento).
Por medio de este BIOS se definen ciertas características que va a tener el sistema, entre ellas los clocks que van a tener los diferentes buses y además sería un pequeño sistema operativo básico. Los Sistemas Operativos se comunican con el sistema a través de la BIOS.
Por diversas razones o por simples errores en la programación, los fabricantes suelen ofrecer actualizaciones de la BIOS que son rescritas por medio un software.
No existen muchos fabricantes de BIOS, podemos limitarnos casi a 3 que son AMI, Award y Phoenix.
Zócalos:
ISA (8 bits XT): El bus ISA maneja un bus de direcciones de 20 bits y un bus de datos de 8 bits. El flujo de datos viaja igual que la XT 4.77Mhz.
ISA (16 bits AT): La extensión AT maneja un bus de direcciones de 24 bits y un bus de datos de 16 bits. Este bus físicamente tiene una parte idéntica y una extensión. El flujo de datos fue duplicado (8.33 Mhz)
Microchannel®: Permite una ruta de datos de 32 bits, más ancha, y una velocidad de reloj ligeramente más elevada de 10 Mhz, con una velocidad de transferencia máxima de 20 Mbps frente a los 8 Mbps del bus ISA. Su inconveniente fue que era patentado. IBM intentó poner freno a la competencia que fabricaba clones.
EISA: Fue la respuesta de la industria a IBM por su Micro Canal. Pretendía funcionar a 32 bits manteniendo la compatibilidad con el tipo de bus isa, por lo que funcionaba a 8.33mhz.
MCA y EISA no fueron adoptadas (muy poco) porque aumentaba su costo en más de un 50% y en el momento que fueron creadas su aumento de rendimiento no resultaba necesario.
VESA Local Bus: Se creó con fines de procesamiento de video, para aumentar su rendimiento. Su bus de datos es de 32 Bits y funcionaba sincrónicamente con el CPU (de ahí el Local Bus). Irónicamente su buen rendimiento hizo que no sea adoptado masivamente y perdiera terreno con el PCI, pues al ser sincrónico, a medida que los CPU aumentaban su velocidad el VLB iba a ser más caro así como sus placas fabricadas, además de una falta de compatibilidad entre generaciones de CPU.
PCI: Se lo denominó CPU independiente ya que su velocidad no dependía de la frecuencia del CPU como el VESA. Soporta 32 ó 64 bits en el bus de datos y de direccionamiento. Puede funcionar a 33, 66 o inclusive 100 Mhz. Actualmente está funcionando a 32 bits y a 33 mhz por lo que debería contar todavía de futuro, de toda forma va a ser mejorado antes que se use en 64 bits. Esta arquitectura es capaz de auto-configurar las interrupciones, canales de DMA y puertos que utilizan los periféricos conectados en este tipo de bus.
AGP: Se creó en base al PCI con el único fin que para las placas de video (Accelarated Graphics Port). La idea es que no comparta el bus con otros dispositivos y además es más rápido. Por no tener trafico y ser más veloz se logra mayor velocidad en las imágenes (especialmente en gráficos 3D). El AGP es administrado completamente por separado del resto de los bus de datos. Actualmente hay varias especificaciones distintas (1x, 2x, 4x y 8x) que duplica su velocidad nominal de transmisión.
Este puerto soporta un modo llamado Fast Writes que la memoria de la placa de video puede ser escrita directamente sin pasar los datos por la memoria principal.
BUS | Ancho (bits) | Frecuencia (MHz) | Ancho de Banda (MBytes/seg) |
8-bit ISA | 8 | 8.3 | 7.9 |
16-bit ISA | 16 | 8.3 | 15.9 |
EISA | 32 | 8.3 | 31.8 |
VLB | 32 | 33 | 127.2 |
PCI | 32 | 33 | 127.2 |
64-bit PCI 2.1 | 64 | 66 | 508.6 |
AGP | 32 | 66 | 254.3 |
AGP (x2) | 32 | 66×2 | 508.6 |
AGP (x4) | 32 | 66×4 | 1,017.3 |
Buses de reciente aparición o por aparecer:
AMR: Audio/Modem Riser. Es un bus de un único zócalo. Fue creado para que se puedan fabricar módems o placas de audio (o ambas) en una única placa en forma más económica.
CNR: Communication and Network Riser. Parecido al AMR, soporta Audio, Módem y Ethernet. Se suele usarlo en chips onboard.
PCI Express:
Es el bus que va a reemplazar al PCI, si bien el PCI soporta mayor ancho y velocidad de lo que se está usando actualmente prefirieron reemplazarlo. Tiene un diseño para ser utilizado en todo tipo de PC, sea estación de trabajo, de escritorio, portátil o servidor, no es únicamente para la PC de escritorio como fue diseñado el PCI.
Como viene acostumbrando la industria, el PCI Express a nivel software es compatible completamente con el PCI por lo que los sistemas operativos no tendrán problemas en reconocer este tipo de zócalo y utilizarlo. El cambio es idéntico del ISA-8 hacia ISA-16, se le agrega un pequeño modulo al zócalo ya existente.
Sus ventajas es que las placas de este tipo de bus pueden ser insertadas y removidas en funcionamiento, su frecuencia es muy superior al PCI estándar y su costo beneficio es muy bajo.
También existen buses de comunicación entre periféricos externos a la PC, estos buses o puertos pueden ser USB, paralelo, serial, PS/2 y FireWire entre otros. Si bien estos puertos no son propios del mainboard (como lo es el PCI), sino que son placas que suelen conectarse al mismísimo PCI, resultan casi imprescindibles y vienen en la mayoría de los casos ya incorporados (en placas onboard).
Serial: Es de 1 BIT. Se utiliza básicamente para el Mouse, módem u algún otro periférico de muy baja velocidad.
Paralelo: Es de 8 bits, es frecuente su uso en impresoras y lectores escáner. Soportan varios modos (Normal, EPP y/o ECP) que básicamente cambia la velocidad de lectura escritura (en realidad la cantidad de operaciones disminuye por transacción).
PS/2: Su idea era la de liberar un puerto serial para el Mouse y mejorar otros aspectos como el modo vi direccional. Actualmente los mainboards tienen 2 puertos PS/2 se utilizan para Mouse y teclado.
USB: Universal Serial Bus. Como su nombre lo indica, no fue diseñado para ningún periférico en específico pudiendo utilizar desde escáner, impresoras, teclados, Mouse, grabadoras de CD y un sin fin de posibilidades.
FireWire: Algo similar al USB pero mucho más veloz, su idea es la utilizar discos duros, video-filmadoras digitales. Este tipo de puerto usa el bus PCI 2.1.
La forma y tipos de memoria son un capítulo aparte por su complejidad. En los mainboards podremos encontrar básicamente (pero no únicamente) tres tipos de bancos posibles.
Bancos SIMM: Pueden ser de 30 pines (16 bits) o 72 (32 bits).
Bancos DIMM: Son de 168 contactos (64 bits).
Bancos RIMM: Son memoria de arquitectura y diseño propietaria de Rambus, se usan en muchos Pentium 4.
Es conjunto de varios chips ensamblados en la placa madre. Se denominan puente norte y puente sur a los 2 más importantes. El puente sur suele venir acompañado de otros chips que reemplazan a placas genuinas, a este tipo se los denomina "placas onboard".
Estos dos chips son vitales, son parte del sistema elemental de la PC.
Su concepto original es que el puente norte administre la memoria y el puente sur el bus de datos (zócalos, serial y paralelo), el puente sur se comunica con el CPU por medio del puente norte. Sus funciones con el tiempo sufrieron algunas modificaciones que iremos viendo.
En la actualidad el puente norte se encarga de administrar la memoria y el puerto AGP. Se conecta con el CPU por medio de un bus de datos llamado FSB (Front Side Bus).
Este chipset el encargado de mantener la sincronización entre los distintos buses del sistema y el FSB.
El puente norte se conecta por medio de otro bus de datos (su nombre depende del fabricante) con el chip denominado puente sur.
El puente sur se va a encargar de administrar básicamente a todo el bus de datos restante. Todo el tráfico entrante y saliente es administrado por este chip.
Su función es algo básica, simplemente determina que placa hace solicitud del bus (por medio de una IRQ) e informa al CPU.
No solo están estos 2 únicos chips, también se ofrecen algunos chips adicionales que se encargan de gestionar otros servicios de la PC, tales como audio, video, controladora IDE, serial, PS/2, USB, entre otros.
Estos chips, no son más que "placas", a excepción que están montadas sobre la misma tarjeta madre. Su ventaja es la economía y comodidad de tener todo en una sola unidad. Su desventaja es el rendimiento que no es comparable a los de una placa genuina. Aunque en la mayoría de los casos (puertos de periféricos e IDE) no hay diferencias vs. a una placa PCI, en otros como placas de video la diferencia puede ser gigantesca.
Otro tipo de chipset más económico son los puentes norte y sur juntos. Por ejemplo es el caso del chip SiS 735 que logró un aumento de rendimiento con respecto a su competencia y un ahorro en el costo de fabricación.
Recientemente salió al mercado una arquitectura nueva denominada AMD-x64, corresponde a AMD siendo el procesador de nombre Athlon 64. Este tipo de procesadores trae incorporado un administrador de memoria, por lo que el puente norte quede relegado únicamente a administrar el puerto AGP y de interfase con el puente sur.
Los nuevos requerimientos de alimentación, además de solucionar varios problemas de cableado interno y de mantener una norma estándar con los gabinetes produjeron algunos cambios en la forma en que estas placas van a ser fabricadas así como cambiaron sus respectivos gabinetes.
A los distintos tipos de alimentación y de organización del mainboard se lo denomina Factor de forma.
Existen varios, tales como Sistemas de plano posterior (LPX), AT de tamaño natural, Baby-AT, NLX y el más usado actualmente el ATX y sus variantes, mini ATX, flex ATX y algunas especificas de fabricantes. El ATX está llegando a su fin, pues va a ser reemplazado por una nueva norma denominada BTX.
La versión actual del estándar ATX es la 2.1. con alrededor de 10 años de desarrollo, puesta en práctica y corrección de errores y mejoras han hecho del ATX un formato absolutamente extendido. Para dar forma a todo el PC lo que se hace es definir un formato de placa base y de esta dependerá todo el resto de la distribución de componentes.
Cuando hace 10 años se comenzó a trabajar sobre el formato ATX se pensó en mejorar la situación del procesador, que en el formato Baby AT, quedaba situado entre los slots de ampliación, para poder dar cabida a tarjetas de expansión de mayores dimensiones, se mejoró también el conector de corriente simplificándolo y se englobaron todos los conectores integrados de la placa en la situación que ahora todos conocemos.
Anteriormente la mayoría de los puertos quedaban situados en slots como ocurre ahora en algunas placas con muchos conectores Firewire o USB. Esta nueva colocación de los conectores también dejaba sitio para aumentar el número de slots PCI que por aquel entonces también estaba ya en funcionamiento.
Por el estándar ATX han pasado diferentes revisiones que han afectado no solo a la forma del PC sino también a su forma de alimentarse. Por ejemplo, muchos recordarán que con el lanzamiento del Pentium 4 muchas fuentes de alimentación debieron ser sustituidas por modelos con conector auxiliar y de 12v para cumplir los estándares de Intel y el tamaño de las cajas también se vio afectado en longitud para dar cabida a placas base más anchas. El estándar ATX verá su fin en poco tiempo ya que a principios de año que viene comenzará a comercializarse un nuevo formato denominado BTX.
Dentro de las especificaciones de ATX encontraremos en la actualidad placas base estándar ATX, MicroATX y FlexATX. El resto de placas fuera de estas tres grandes ramas son aplicaciones específicas para entornos
específicos.
Si bien puede existir gabinetes de distintos tamaños el ATX define un mínimo y una ubicación especifica de cada componente ensamblado en la placa base.
Norma ATX
Gabinete ATX
Micro ATX
MicroATX nace con la intención de reducir el tamaño del PC a la vez que se mantienen el mayor número de posibilidades de ampliación y de integración del componentes. Se diferencia básicamente en que el máximo de tarjetas de implicación se reduce a cuatro incluido el AGP.
Flex ATX
Este tipo de placa es lo más reducido que hallaremos dentro de los parámetros marcados por Intel dentro del estándar ATX. Suele tratarse de placas base muy pensadas en la integración total de todo lo necesario para conseguir PCs baratos, reducidos y para aplicaciones muy especificas como son las de hacer de ordenador de oficina. Normalmente este nivel de integración hace que opciones como el AGP no se conciban para este tipo de PCs.
BTX
BTX es la respuesta de Intel a su intención de no reducir el consumo de energía de sus procesadores sino de aumentarlo en los próximos meses. Los nuevos procesadores generarán alrededor de 100W de calor (más o menos los que genera un procesador 2.4c overclockeado a 3.6GHz a 1.6v) y necesitarán una fuente de aire fresco constante. Para ello en el nuevo formato preparado por Intel para lanzarse a principio del año que viene, el procesador estará situado en el lado frontal de la caja con un ventilador de entrada de aire fresco directamente apuntando en el procesador. BTX son siglas que responde a Balanced Technology Extended y basa toda su nueva evolución en el concepto de flujo de aire en línea.
Con esta nueva estructura se busca que el procesador y otros componentes principales de la placa estén situados en la misma línea de ventilación de la caja en un intento de reducir el numero de ventiladores que se necesitan actualmente en sistemas avanzados o muy reducidos y a la vez aumentando las posibilidades de expansión de puertos tales como SerialATA, USB, Firewire o los ya muy próximos slots PCI Express. Dentro de este nuevo formato podremos encontrar tres tamaños diferentes: BTX, MicroBTX y PicoBTX. Estos tres tamaños podrán alojar respectivamente 7, 4 y 1 slots del tipo PCI Express y sus tamaños van desde los 325mm de ancho del BTX hasta los 203mm del PicoBTX. En el siguiente esquema veréis la estructura volumétrica del sistema de ventilación en línea.
La Zona A corresponde a la estructura volumétrica del procesador y su disipador. En la zona F habrá colocado un ventilador, normalmente de 8cm, que ventilará directamente el procesador y otros componentes como el puente norte de la placa, las memorias, la alimentación de la placa y dependiendo del modelo de caja, incluso la VGA.
Norma BTX
Autor:
Estudiante en UADE (Universidad Argentina de la Empresa). Este trabajo es para la materia Arquitectura de computadores de 2do año de Ing. en Informática.
La idea es que no sea demasiado técnico ni sencillo, algo que alguien que no sabe nada de motherboards con su correspondiente explicación más este escrito sepa su funcionamiento y distintos tipos. Muchos temas se hablaron en forma oral durante su presentación y no están aquí.
La nota obtenida por este trabajo fue un 10 (DIEZ).
El trabajo fue oral, pero a su vez debía ser presentado en soporte físico (e-mail).
Debido a eso carece de índice y bibliografía. La mayoría del trabajo fue realizado por mí y no fue un copiar y pegar a excepción de parte (no todo) de los tipos de zócalos (del tipo ZIF) y sobre los factores de forma.
Los mismos fueron sacados de Internet de los cuales lamentablemente no tengo los links. Mis sinceras disculpas a sus respectivos autores, especialmente al de factores de forma que tenia muy buena información.
Debido a me ha sido muy difícil buscar cada uno de las partes de un motherboard y sobre todo que sean datos verdaderos decidí facilitarles mi trabajo. Cualquier error o deseo de complementarlo o actualizarlo en su debido tiempo simplemente pueden escribirme a mi correo. También aquellas personas que deseen hacerme conocer si les sirvió (o no) o que quieran decirme algo les dejo mi correo. No duden en escribirme.
Sergio Daniel Naredo