viernes, 21 de marzo de 2014

La Placa Base - Mainboard - Motherboard - Placa principal - Placa madre - 1 de 3


1. DEFINICIÓN

Conocida también como mainboard ó motherboard, si traducimos estas palabras obtenemos “placa principal” ó “placa madre”.
Tradicionalmente, la pieza central de la mayoría de las computadoras personales es la placa principal, es la columna vertebral física y lógica de todo el sistema. Los circuitos montados sobre la placa madre definen la computadora, sus capacidades y limitaciones.
En principio las computadoras compatibles comparten una característica: están construidos con una única gran placa de circuitos impresos como base. Esta placa contiene los componentes más importantes del sistema: sus chips controladores(Chipset), zócalo ó ranura para el microprocesador, memoria, circuitos de apoyo y algunas otras adiciones al sistema se conectan a esta placa central, sin esta placa no habría computadora.
Este diseño no es invariable. Al contrario el diseño básico de la PC es una combinación y compromiso entre dos filosofías de diseño diametralmente opuestas un grupo apuestan por la diversidad, adaptabilidad y expansionabilidad colocando los elementos funcionales individuales(microprocesador, memoria, circuitos de E/S) en placas separadas que se conectan juntos a un bus de circuitos. Estas maquinas se conocen como computadoras orientadas a bus, el otro diseño se basa en la economía y simplicidad de unir todos los componentes esenciales en una gran placa, el resultado fue la computadora de una placa.


1.1. Arquitectura

1.1.1. Computadoras orientadas a bus.
El bus toma su nombre de la palabra inglesa bus (autobús), porque como en un autobús todas las señales del bus viajan juntas y hacen las mismas paradas en los mismos conectores a lo largo del camino. Esta tecnología se utilizó en las primeras computadoras, la computadora mas popular comercial de ese tiempo estaba construida basada en el bus estándar S-100(el nombre indicaba que el bus tenia 100 conexiones). La mayoría de las grandes computadoras usaban el diseño orientado a bus. Esta filosofía permitía a cada computadora ser configurada a medida para la tarea específica para la cual estaba diseñada. Procesadores más grandes y más poderosos e incluso múltiples procesadores podían añadirse a la máquina conforme fuese necesario. Este diseño modular permitía al sistema expandirse conforme fuera necesario, además permitía un mantenimiento sencillo, un componente individual que fallase podía ser fácilmente repuesto sin tener que hacer manipulaciones a nivel de circuitos. 

1.1.2. Computadoras de una placa.
Con la invención de los circuitos integrados, microprocesadores, memorias, etc. y la fabricación miniaturizada que permite unir múltiples componentes electrónicos en una sola pastilla de un tamaño muy reducido, redujo notablemente la cantidad de circuitos necesarios para la construcción de una computadora. A finales de los 70, poner una computadora digital en una sola placa llego a ser práctico, esto era deseable por una serie de razones, la primera de las cuales era el costo, menos placas significaba menos gasto de fabricación y menos costo de material. No solo la placa podía ser más pequeña sino que los circuitos necesarios para unir cada placa al bus podían ser eliminados. Además las computadoras de una sola placa tenían otra ventaja en fiabilidad: los conectores, esta es la parte de las computadoras más susceptible a fallos, este diseño eliminaba los bus y conectores como una potencial fuente de fallos. 
El diseño de una sola placa es mucho menos flexible que el orientado a bus, el diseño de una sola placa tiene todas sus capacidades fijas para siempre en el momento en el que sus componentes se sueldan en la fabricación. No se puede actualizar con los nuevos avances tecnológicos. Todas estas desventajas hacen no muy aconsejable el uso de este diseño en computadoras de sobremesa, pero este diseño es el usado en la mayoría de computadoras portátiles ya que al ser muy compacto es perfecto para el reducido espacio que utiliza un portátil. 

1.1.3. Diseño del PC en la actualidad.
Más que seguir estrictamente el diseño orientado a bus o en una sola placa, las compañías que hicieron las primeras computadoras personales para su comercialización masiva, unieron las dos filosofías, mezclando las mejores cosas de cada diseño. En la primera implementación de IBM (su primer PC), una gran placa contenía los circuitos esenciales que definía el ordenador y además tenia unos slots para su expansión y adaptabilidad.
La flexibilidad del diseño orientado a bus presupone que existe una amplia selección de tarjetas de expansión disponibles, después de todo, un slot en el que sólo se puede poner una tarjeta no ofrece ninguna ventaja que tener todos los circuitos en una sola placa. En consecuencia, lo atractivo de las computadoras orientadas a bus depende de la aceptación del bus adoptado como estándar. 
La historia de las computadoras personales (PC) se ha estado acercando al diseño de una sola placa, conforme los fabricantes introducían nuevos modelos inevitablemente añadían un creciente número de funciones a la placa base, por ejemplo, el primer PC de IBM necesitaba tarjetas de expansión diferentes para su salida gráfica, almacenamiento, puertos de E/S, ampliación de memoria y el reloj del sistema. A medida que IBM introdujo nuevos modelos se integró el reloj, los puertos, controladora de discos, memoria, en la actualidad encontramos mainboards con dispositivos integrados, tales como: controladores de video, sonido, fax/módem, red, etc. 


2. COMPONENTES DE LA PLACA BASE.

La placa base de cualquier computadora que siga el diseño de IBM, realiza varias funciones importantes. En su nivel más básico es la base física del ordenador, contiene todas las tarjetas de expansión, provee de un territorio firme sobre el cual se realizaran las conexiones a circuitos externos. 
Sus principales componentes:

2.1. La Memoria ROM (read only memory)
Memoria de solo lectura, basada en semiconductores que contiene instrucciones o datos que se pueden leer pero no modificar, su información no puede ser alterada por el usuario o programador, es el fabricante del mainboard quien programa el contenido de esta memoria.
La más importante es la llamada ROM BIOS, o simplemente llamada también BIOS que significa "Basic Input Output System" sistema básico de entrada salida. Este sistema básico, es un conjunto de rutinas grabadas en un chip en forma permanente (aunque en la actualidad existen BIOS regrabables) que dan al sistema sus características operacionales fundamentales. 
La función de la ROM BIOS, es supervisar la puesta en marcha de la computadora realizando tareas como comprobación de la fiabilidad del procesador, memoria, teclado mouse y de los demás dispositivos integrados,  iniciar los chips y equipos conectados a la computadora, poner la tabla de los vectores de interrupción y por último cargar el sistema operativo si este se encuentra en el disco.
Las computadoras vienen con una cantidad de ROM que contiene programas y datos que son necesarios para activar y hacer funcionar el ordenador y sus dispositivos periféricos. Todo sistema con microprocesador requiere por lo menos tener en la ROM el programa de arranque e iniciación del sistema, una rutina capaz de cargar el sistema operativo. 
Los tipos de programas en ROM suelen ser: 

  • Los programas de iniciación y arranque que pueden incluir chequeo de diversos dispositivos, de memoria, inicialización de la tabla de vectores de interrupción, etc.
  • Los servicios de la ROM BIOS, el cual está formado por una colección de rutinas en lenguaje de máquina, que proporciona los servicios de soporte para los periféricos más básicos. 
  • La ROM BASIC que proporciona el núcleo del lenguaje de programación Basic (en las primeras PC's de IBM). 
  • Extensiones de ROM que son programas que se añaden a la ROM principal cuando se conectan al ordenador ciertos equipos especiales. 
  • Programas de configuración o setup.


2.2. Slots de expansión.
Son ranuras que permiten la inclusión de los componentes adicionales que no se encuentran en la placa principal y permiten una fácil alteración de las características de la computadora. Los principales slots ó de expansión ó bus de entrada/salida según su arquitectura, son:
  • ISA de 8 y 16 bits.
  • EISA de 32 bits.
  • VESA de 32 bits.
  • PCI de 32 y 64 bits.
  • AGP. 
  • PCI - X
  • CNR.
  • AMR.
  • PCI Express

2.2.1. Bus de expansión tipo ISA
La sigla ISA (Industry Standard Architecture - Arquitectura Estándar de la Industria), fue en nombre asignado al primer bus usado en los equipos PC y XT de IBM como sistema de arquitectura abierta; de este tipo de bus se conocen dos versiones la de 8 bits y la de 16 bits.

2.2.1.1. Bus ISA de 8 bits
El bus ISA de 8 bits salió al mercado en el año 1982 con el PC y luego se conservó 
en las computadoras  XT. 
Este bus se encuentra en forma de conector en linea de doble lado y tiene 62 contactos, 31 por cada lado. Sus contactos están enumerados por un lado 
como A1 hasta A31 y por el otro lado como B1 hasta B31. 
Este Bus tiene un bus de datos de 8 bits y un bus de direcciones de 20 
bits, lo que permite un direccionamiento hasta de 1 MByte.
Este bus contiene seis señales de interrupción (IRQ 2 a IRQ 7), tres canales de DMA y 
una señal de reloj de 4.77 MHz. Las seis señales de interrupción por hardware, se utilizan por las tarjetas de expansión para demandar atención por parte del microprocesador. El bus XT tiene tres señales de adquisición de DMA, que le permiten a la tarjeta de expansión 
transferir datos hacia o desde la memoria.


  • Transmiten 8 bits a través del Bus de datos.
  • Conector de 62 contactos (A1 – A31 y B1 – B31).
  • Se utilizaron en las primeras computadoras personales (8086, 8088, 80286, 8036 y primeras 80486).
  • En este tipo de tecnología, se fabricaron dispositivos como: 
    • Tarjetas de video.
    • Tarjetas fax/MODEM.
    • Tarjetas de sonido.
    • Controladoras de disco.

2.2.1.2. El bus ISA de 16 bits
Con la aparición del microprocesador 80286 de 16 bits y las computadoras AT, en 
1984, se diseño en forma muy inteligente un nuevo bus, el ISA de 16 bits, que 
utilizaba en gran parte el bus anterior ISA de 8 bits agregando un segundo conector con nuevas señales de 36 contactos alineado con el primero. De esta forma, se podían 
utilizar la gran cantidad de tarjetas periféricas y de expansión ISA de 8 bits que aún existían en el mercado. En esencia se agregaron los otros ocho bits de datos, mas direcciones 
y cuatro canales de DMA y algunas señales de control. Así mismo, se incrementó la velocidad a 8.33 Mhz. 
Sus características más destacables son: 
  • Bus de datos de16 bits 
  • Bus de direcciones de 24 bits 
  • Capacidad máxima de la memoria principal, 16 MB 
  • 1 KB de espacio de E/S 
  • 15 líneas de petición de interrupción 
  • Controlador de DMA de 7 canales 
  • Controlador de memoria DRAM y de refresco. 
  • Soporte para 15 interrupciones. 

  • Transmiten 16 bits a través del Bus de datos.
  • Conector de 98 contactos:
  • 62(ISA 8bits) + 36(C1 – C18 y D1 – D18).
  • Se utilizaron en las computadoras personales modelos 80286, 8036, 80486, Pentium, Pentium II Pentium III hasta las primeras Pentium 4 y sus compatibles).
  • En este tipo de tecnología, se fabricaron dispositivos como: 
    • Tarjetas de video.
    • Tarjetas fax/MODEM.
    • Tarjetas de sonido.
    • Tarjetas de Red.
    • Controladoras de puertos.
    • Controladoras de disco.

2.2.2. Bus EISA
La aparición de los microprocesadores de 32 bits(los 386 y 486), con la consiguiente mejora y ampliación de los recursos y prestaciones de los modelos precedentes, dió origen a una arquitectura "extendida", denominada EISA. 
El desarrollo de este tipo de bus estuvo a cargo por un grupo conformado por: Compaq, Hewlett Packard, Nec, Zenith, AST, Epson, Wyse Olivetti y Tandy. 
Para lograr la compatibilidad entre los dos sistemas ISA y EISA, se diseño una solución muy ingeniosa que tardo alrededor de dos años para ser perfeccionada. El conector que recibe las tarjetas tiene dos filas de contactos, con diferente altura o nivel y la transferencia entre los dos buses se realiza automáticamente dependiendo de la forma del conector de la tarjeta.
Los contactos superiores corresponden a las tarjetas tipo ISA y los contactos inferiores a las de tipo EISA, en el conector inferior hay cinco topes de plástico que no permiten que éstas hagan contacto con los contactos inferiores, que corresponden al bus EISA. Las tarjetas EISA tienen una serie de ranuras que coinciden con los topes y estas se pueden deslizar hasta el fondo obteniendo el contacto con sus respectivos pines.
El bus EISA tiene 99 contactos por cada lado en los cuales se ha reducido su separación de 0.100'' a 0.050''. 


Una de las principales ventajas del bus EISA es su capacidad de manejo autónomo del bus, que en pocas palabras podría explicarse como la capacidad para permitir el intercambio de información entre dos periféricos sin la intervención del microprocesador. 
Aunque la velocidad del bus EISA se conservó en 8.33MHz, para permitir la compatibilidad con ISA, su velocidad para la transferencia de datos es mucho mayor debido al aumento del ancho de banda del bus; esta llega a ser de unos 33Mb/s.

8.33Mhz x 32bits = 266.56Mbits/seg
266.56Mbits/seg / 8 = 33.32MB/seg

Esta arquitectura es totalmente compatible con la ISA, tanto en "software" como en "hardware".  Sus principales características son: 
  • Bus de datos de 32 bits 
  • Bus de direcciones de 32 bits 
  • Capacidad máxima de memoria principal: 4 GB 
  • Interrupciones programables(pueden ser compartidas)
  • Placas de expansión dotadas de memoria PROM 
  • Transferencia DMA a velocidad de 33 MB/s. 
  • Permiten mayor ancho de banda. 
  • Las tarjetas son autoconfigurables(reconocimiento de conflictos de direccionamiento). 


Espero haber ayudado en algo. Hasta la próxima oportunidad!


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