MOTHERBOARD

MOTHERBOARDS

Si este libro está en nuestras manos, seguramente sabemos que el motherboard es uno de los dispositivos más importantes para que un equipo informático pueda funcionar. De hecho, es el más importante a la hora de la elección de componentes para armar una PC. 

Es el componente clave para que nuestra computadora tenga óptima velocidad de respuesta y buen rendimiento en general. Al ser el dispositivo que se encarga de interconectar a todos los demás (procesador, memoria RAM, interfaz gráfica, discos duros, dispositivos externos, etc.), su correcta elección es definitoria a la hora de ensamblar un nuevo equipo, y no es tarea fácil.   

Figura 1. Motherboard De alta gama Que incorpora una gran Cantidad y variedad de puertos de Expansión y de comunicaciones.

A continuación, listaremos las piezas o conjunto de piezas más importantes, la función que desempeña cada una y sus características básicas, para obtener un panorama general del motherboard. Luego trataremos cada componente con más profundidad en los distintos capítulos de esta obra.

Módulos fundamentales que conforman el motherboard

El motherboard es una placa del tipo PCB multicapa, con una gran cantidad de microcomponentes y diminutos chips soldados a ella. Determinados grupos de esos componentes soldados conforman las distintas partes esenciales de la placa; algunos resultan más visibles y fáciles de identificar, mientras que otros no son tangibles en forma directa, y permanecen casi invisibles a nuestra mirada. A continuación, listaremos las piezas o conjunto de piezas más importantes, la función que desempeña cada una y sus características básicas, para obtener un panorama general del motherboard.

PCB

La sigla PCB significa Printed Circuit Board (o placa de circuito impreso). Debido a la gran cantidad de microcomponentes soldados al motherboard, los modelos actuales suelen basarse en un PCB multicapa, es decir, distintas capas independientes de algún metal conductor –generalmente cobre– separadas por algún material aislante, como la baquelita o la fibra de vidrio, entre otros. La cantidad de estas capas conductoras puede llegar a ser de ocho o más; cada una traza distintos circuitos entre MÓDULOS FUNDAMENTALES QUE CONFORMAN EL MOTHERBOARD 15 los Plated–Through Holes. Las capas aislantes pueden ser de diversos materiales. En la industria de la informática no se suele usar papel embebido en resina fenólica, como en otras áreas de la industria electrónica, por no ser suficientemente eficaz al resistir el calor. En cambio, los Pcb utilizados en motherboards son más seguros y resistentes porque se basan en materiales FR2 (en inglés, Flame Retardant o retardante de llamas, de nivel 2). 

Figura 2. Pcb de un motherboard moderno,

Que puede llegar a tener entre ocho y diez capas

Intermedias para la interconexión de los componentes

Soldados a él.

                                    Partes del motherboard

                                   Módulo regulador de tensión

                                  Zócalo del procesador

                                 Northbridge

                                Southbridge

                               Zócalos para memoria RAM

                              Zócalos de expansión

                             Puertos externos de comunicación

                            Batería CR–2032

                           Chip LPCIO

                          Chip BIOS

                         Chip de la interfaz de sonido integrada

                        Puertos de comunicación adicionales

                       Puertos para unidades Serial–ATA

                      Conector de alimentación ATX

                     Puerto para unidades Parallel–ATA

                    Integrado y cristales generadores de clock

Apartado de energía

El motherboard también dispone de su propia fuente de alimentación, que toma las líneas de tensión que le llegan desde la fuente de energía principal y las distribuye a todos los componentes internos de acuerdo con sus necesidades. Cerca del zócalo del microprocesador se ubican una serie de transistores mosfet, integrados, bobinas y una cantidad variable de capacitores, utilizados para filtrar la corriente y regularla con exactitud. Este circuito recibe el nombre de VRM.

VRM

El Voltage Regulator Module (o módulo regulador de tensión), también conocido como PPM (Power Processing module) o VRD (Voltage regulator down), es un circuito electrónico que le suministra al procesador –y a otros componentes críticos– la tensión de trabajo adecuada. El Vrm es capaz de brindarles energía a distintos procesadores con diferentes tensiones en un mismo motherboard. Abordaremos en detalle las características y el funcionamiento del Vrm en el Capítulo 2.10

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Clock Generator

Las diferentes señales de reloj que existen en el motherboard se generan mediante un pequeño cristal de cuarzo encapsulado, que está conectado a un reducido circuito integrado que se denomina generador de clock. Dependiendo del motherboard, pueden existir más cápsulas en la misma placa. Sobre los mismos dispositivos, suele venir indicado el valor que corresponde a cada uno.

14Figura 3. Motherboard con fases de energía formadas por numerosos SFC (Super Ferrite Chokes): cápsulas de forma cúbica que ofrecen más tolerancia al calor y mayor estabilidad eléctrica.

Figura 4. Las pequeñas cápsulas metálicas de color plateado y bordes redondeados encierran el cristal que genera el pulso inicial para hacer funcionar los componentes más importantes del motherboard.

Figura 5. Chipset típico, Formado por el northbridge –en Formato flip–chip– (izquierda) y El southbridge –en formato BGA– (derecha).

El integrado que contiene el clock generator dispone de una entrada llamada clock (que es, justamente, la que se conecta al cristal) y de otras entradas para la configuración de las salidas. Por supuesto, el resto de los pines son para las diversas salidas, que tratan de las señales de clock del bus PcI express, el PcI, el chipset, la memoria RAM, los puertos USB y la frecuencia base del procesador (entre otros componentes). Del generador de clock dependen las cualidades de los motherboards para poder incrementar la frecuencia del bus frontal y de la memoria, en pasos más o menos precisos.

Chipset

Se trata de un conjunto de chips (casi siempre dos), llamados northbridge y southbridge, que se encargan de administrar el flujo de información entre todos los dispositivos de la placa madre. Se podría decir que el northbridge es la mano derecha del procesador, ya que es el que se ocupa de recibir todos los pedidos de este y de manejar el tráfico de datos (desde la memoria RAM, la interfaz gráfica, el southbridge, y hacia ellos) para entregar en tiempo y forma los datos que se le piden. Por supuesto que este corazón, que sincroniza los diversos componentes, no puede trabajar con cualquier combinación de frecuencias. Es decir, debe haberuna cierta armonía entre las distintas frecuencias (procesador, buses, memoria, etc.) para que el chipset pueda relacionarlas en forma correcta.

Figura 6. BIOS contenido en un chip del tipo PLCC desmontable del zócalo para facilitar su reemplazo

BIOS

El BIOS (Basic Input/Output System o sistema Básico de entrada/salida) es un firmware al que accede el microprocesador no bien se enciende el equipo. El chip que contiene estas instrucciones se encuentra por lo general conectado al chip LPCIO, también llamado simplemente Súper I/O, y este a su vez, al southbridge del chipset. El BIOS es un componente crucial en todo motherboard; por este motivo en el Capítulo 8, conoceremos sus propiedades con todo detalle.

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4Form factors

El form factor o factor de forma es el estándar que define ciertos parámetros como medidas, la ubicación de los componentes cruciales y los dispositivos de anclaje (como perforaciones, orificios roscados y otros elementos de sujeción) en motherboards, fuentes de energía y gabinetes. Estas normas son el fruto de acuerdos entre los fabricantes de los componentes, de manera que sean compatibles entre sí a la hora de ensamblar computadoras personales.

Datos útiles

Media Center PC

También llamadas HTPC (Home Theatre PC), las PC Media Center reúnen todas las funciones de varios aparatos en uno solo: permiten ver videos, películas, escuchar música y sintonizar televisión, a un menor costo y consumo de energía inferior, minimizando el calor y el ruido generado.

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Existe una gran cantidad de factores de forma. Muchos ya quedaron en el pasado mientras que otros tantos se utilizan en la actualidad con diversos fines: equipos hogareños de gama baja, media y alta, servidores de red, Media Centers, etc.

Muy atrás en la historia quedaron los estándares XT y AT, para dar lugar al que más motherboards fabricados ha logrado dar aspecto: la norma ATX y sus variantes.

ATX

El ATX es un factor de forma desarrollado por Intel en 1995, que se popularizó con la salida al mercado de los motherboards para procesadores Pentium II, introduciendo numerosas ventajas. Las características del estándar ATX con respecto al obsoleto AT son muy prácticas: redefinen la ubicación de dispositivos clave como el procesador y permiten el apagado de la PC por software. Justamente el estándar ACPI/APM (Configuración Avanzada e Interfaz de Energía / Manejo Avanzado de Energía) se introdujo junto con la norma ATX. También se puede programar mediante aplicaciones especiales el apagado de la PC a una determinada hora, y existe la posibilidad de encender el equipo vía mouse o teclado (con una tecla, una combinación de ellas o una contraseña), o bien, establecer la hora en que queremos que nuestra PC se encienda cada día.

Como se mencionó anteriormente, el estándar ATX ha sido el más fructífero hasta la fecha y es el factor de forma más popular del mundo desde finales de la década de 1990.  

La medida de los motherboards de la especificación original es de 305x244 milímetros (ancho x largo), pero ATX posee numerosas variantes según las necesidades: desde versiones reducidas para equipos básicos hasta revisiones expandidas para computadoras más potentes.

MicroATX (244x244 mm): Esta subnorma fue introducida a finales del año 1997, y los fabricantes continúan adoptándola hoy en día en motherboards de prestaciones sencillas. Debido a las dimensiones de la especificación, las placas base pueden ofrecer hasta cuatro zócalos de expansión. Este estándar también introduce la posibilidad de usar placas de expansión Low Profile o Slim, para que quepan en gabinetes ultra–delgados.

FlexATX (229x191 mm): Esta variante fue publicada en el año 1999 por Intel y es la versión reducida de microATX. Posee solo dos ranuras de expansión al estar pensado para equipos de dimensiones reducidas.

MiniATX (284x208 mm y 150x150 mm): Existen dos posibles tamaños para el mismo estándar, lo cual genera confusión.

Figura 8. Gabinete miniATX, que permite la instalación de motherboards AT X de formato compacto.

Ultra ATX (244x367 mm): fue creado en el año 2008 por la empresa Foxconn con el objetivo de abastecer un segmento del mercado que el ATX no estaba cubriendo, como el de los motherboards de alto rendimiento. Tanto es así que este formato llega al extremo de brindar diez zócalos de expansión en los motherboards que lo adoptan. Esta norma permite montar sistemas SLI y CrossFire con múltiples tarjetas gráficas, y una expansibilidad mayor para agregar todo tipo de placas adicionales.

EATX (305x330 mm): la especificación Extended ATX es muy similar al ATX nativo, con unos centímetros adicionales en el largo, lo que permite a los fabricantes incluir tres zócalos de expansión adicionales en el PCB.

EEATX (347x330 mm): la norma Enhanced Extended ATX conserva la misma medida de largo que EATX, con el agregado de unos centímetros adicionales en su ancho. A causa de esto, este factor de forma suele utilizarse en motherboards para Workstations con dos zócalos para instalar procesadores y con controladoras de disco adicionales, del tipo SCSI o SAS.

WATX (356x425 mm): Especificación desarrollada por Intel poco después del estándar ATX, con el objetivo de utilizarse en servidores de red o equipos de motherboards amplios, con múltiples procesadores y puertos para discos duros.

Figura 9. Motherboard de formato micro–ITX con un procesador AMD Geode incorporado. Su reducido tamaño es ideal para la construcción de equipos Media Center.

Módulos SO–DIMM

Los módulos Small Outline DIMM son versiones de tamaño reducido con respecto a los módulos convencionales, que se utilizan en dispositivos portátiles –como notebooks y netbooks–, en impresoras que permitan ampliar su memoria interna y en motherboards de diseño ultracompacto.

HPTX (345x381 mm): Así como el formato Ultra AT X permite a los fabricantes de placas madre incluir una gran cantidad de zócalos para placas de expansión, HPTX se centra en la expansibilidad de la memoria RAM.

ITX

ITX es un grupo de normas desarrollado por la empresa VIA Technologies, pero, a pesar de ser un formato propietario, sus especificaciones son abiertas. El factor de forma preexistente que más se le parece es el microAT X, sin embargo, al ser un estándar de Intel su uso no es libre. Por este motivo, VIA crea una especificación similar, paralela a microAT X, pero compatible y abierta.

Mini–ITX (170x170 mm): es el primer formato orientado a equipos de dimensiones reducidas, y es el más elegido por usuarios que practican modding extremo o que deciden armar un equipo Media Center o HTPC.

Figura 11. Los motherboards nano–ITX caben en carcasas realmente diminutas. Fueron concebidos para optimizar el espacio y reducir el consumo de energía.

Nano–ITX (120x120 mm): Formato liberado en el año 2005, no solo utilizado en motherboards que integran equipos HT PC, sino que también es adoptado por fabricantes para productos como set top boxes, computadoras para automóviles y equipos DVR (grabadores digitales de video).

                                

Pico–ITX (100x72 mm): Estándar de forma que data del año 2007 y es aún más reducido que el Nano–ITX. Tampoco permite la instalación cambio del procesador, al incorporarlo soldado al PCB (por lo general modelos de VIA, como los C7, Nano o Eden). En el caso de la memoria RAM, es posible ampliarla o reemplazarla mediante módulos SO–DIMM.

Mobile–ITX (75x45 mm): formato presentado por VIA en el año 2009, que, a diferencia de las anteriores versiones ITX, no posee puertos de entrada/salida (como USB, DVI o Ethernet). Este tipo de motherboards ultracompactos suele emplearse como portadores del procesador, en equipamiento militar, médico o en puntos de servicio (en modalidad de sistemas embebidos). Son compatibles con la plataforma x86 y suelen basarse en un procesador VIA C7, soportando hasta 512 MB de memoria RAM.

Otros factores de forma

Existen otros form factors de motherboards, como es el caso de CEB (de 305x267 mm), EEB (de 305x330 mm) y MEB (411x330 mm); todos ellos especificados por el foro SSI (Server System Infrastructure) para utilizarse exclusivamente en servidores de red. Además, han dejado de existir numerosos factores de forma por su uso demasiado específico o por no haber logrado popularidad.

Figura 12. Placa madre orientada a servidores de red: no solo ofrece dos zócalos para procesadores, sino que también tiene doce slots para memoria RAM, catorce puertos S–ATA y tres Ethernet.

BTX

En el año 2004, se presenta al mercado el formato BTX (Balanced Technology Extended), con la idea de balancear el apartado térmico y acústico, y el rendimiento del sistema. Además fue diseñado teniendo en cuenta tecnologías emergentes en esa época, como el bus PCI Express, el USB 2.0 y el Serial–ATA.

La principal mejora de este estándar es la ubicación estratégica de los componentes principales (procesador, chipset y controlador gráfico) para que sean ventilados con el mismo y único cooler presente en el motherboard, lo que hace innecesario el uso de ventilación adicional dentro del gabinete. Es muy poco común encontrar motherboards y gabinetes BT X en el mercado, y, a pesar de las ventajosas innovaciones que este formato propone, no ha logrado penetrar lo esperado entre los fabricantes de hardware.

El estándar BTX aplicado a motherboards establece que estos deben tener las siguientes medidas: 325x266 mm en la versión regular; existen además, formatos reducidos como el microBTX (de 264x267 mm) y el picoBTX (de 203x267 mm).

Resumen

En este capítulo introductorio, echamos un vistazo general a los componentes que integran el motherboard, para luego abordar cada uno de ellos en detalle en los capítulos siguientes de esta obra. Recorrimos el panorama de los temas que serán tratados en profundidad en el resto del libro, cada parte fundamental de la placa base tendrá su capítulo dedicado. Por otra parte, se expusieron las características principales de los form factors más populares en el mercado, ya que el mundo de las computadoras no se termina en el estándar ATX.

Figura 13. Parte trasera de un gabinete BT X: nótese la reubicación de los conectores en el lateral opuesto al AT X y la gran salida de aire central.