FunCionaMiento y CoMponentes

Transcripción

1 Artículo de Tapa ManteniMiento de CoMputadoras FunCionaMiento y CoMponentes de la placa Madre La motherboard, tarjeta madre o placa madre es el componente más importante de una computadora, ya que en él se integran y coordinan todos los demás elementos que permiten su adecuado funcionamiento. De este modo, una tarjeta madre se comporta como un dispositivo que opera como la plataforma o circuito principal de una computadora. La importancia que posee una tarjeta madre radica en que en su interior se albergan todos los conectores que se necesitan para contener a las demás tarjetas de la computadora. De esta manera, una tarjeta madre cuenta con los conectores del procesador, de la memoria RAM, de la Bios, así como también, de los puertos y conectores para los periféricos. Es posible encontrar también los conectores que permiten la expansión de la memoria y los controles que administran el buen funcionar de los denominados accesorios periféricos básicos, tales como la pantalla, el teclado y el disco duro. Una vez que la placa madre ha sido equipada con los elementos que se han mencionado, se le llama placa lógica o conjunto de procesadores. La tarjeta madre es también la llamada Placa Central de la computadora, y como dijimos, en ella podemos encontrar todos los conectores que posibilitan la comunicación con otros microprocesadores, los que le permiten la realización de tareas mucho más específicas. De este modo, cuando en una computadora comienza un proceso de datos, existen múltiples partes que operan realizando diferentes tareas, cada uno llevando a cabo una parte del proceso. Sin embargo, lo más importante es la conexión que se logra entre el procesador central, también conocido con el nombre de CPU o microprocesador (este se confunde muchas veces con la tarjeta madre, pero la CPU va conectado a ésta), y los otros procesadores. A la hora de elegir la tarjeta madre que utilizaremos en nuestra computadora es de suma importancia tener en cuenta las recomendaciones que el fabricante de éste haya realizado en el manual de instrucciones, ya que el instalar placas madre con características no compatibles con los requerimientos del fabricante, hace que estos dispositivos, que por lo general no presentan fallas luego de mucho tiempo de uso, fallen de manera inesperada. Coordinación: Ing. Horacio D. Vallejo, hvquark@webelectronica.com.ar

2 Artículo de Tapa IntroduccIón El principal componente de una computadora es la placa madre (también denominada "placa base"). La placa madre es el concentrador que se utiliza para conectar todos los componentes esenciales de la PC. Como su nombre lo indica, la placa madre funciona como una placa "materna", que toma la forma de un gran circuito impreso con conectores para tarjetas de expansión, módulos de memoria, el microprocesador, etc. Cuando algún componente de este conjunto falla, se debe localizar y, para ello, el técnico debe conocer a la perfección cuáles son los elementos que la componen. En la figura 1 podemos apreciar un dibujo que representa los componentes de una placa típica. La figura 2 muestra la placa madre de una notebook y en la figura 3 observamos la placa madre de una computadora de escritorio con la descripción de sus componentes principales. características Existen muchas maneras de describir una placa madre, en especial las siguientes: Fi gu ra 1 Fi gu ra 2 requisitos eléctricos de la placa madre. Para fabricar placas madres que se puedan utilizar en diferentes carcasas de marcas diversas, se han desarrollado algunos estándares, cuyos dimen- el factor de forma; el chipset; el tipo de socket para procesador utilizado; los conectores de entrada y salida. Factor de Forma de la Placa Madre El término factor de forma (en inglés <em>form factor</em>) normalmente se utiliza para hacer referencia a la geometría, las dimensiones, la disposición y los

3 Fi gu ra 3 Descripción de la Placa Madre de la Computadora

4 Artículo de Tapa Tabla 1 siones se pueden observar en la tabla 1 y cuyas principales características son las siguientes: AT miniatura/at tamaño completo es un formato que utilizaban los primeros ordenadores con procesadores 386 y 486. Este formato fue reemplazado por el formato ATX, cuya forma favorecía una mejor circulación de aire y facilitaba a la vez el acceso a los componentes. ATX: El formato ATX es una actualización del AT miniatura. Estaba diseñado para mejorar la facilidad de uso. La unidad de conexión de las placas madre ATX está diseñada para facilitar la conexión de periféricos (por ejemplo, los conectores IDE están ubicados cerca de los discos). De esta manera, los componentes de la placa madre están dispuestos en paralelo. Esta disposición garantiza una mejor refrigeración. ATX estándar: Tradicionalmente, el formato del estándar ATX es de 305 x 244 mm. Incluye un conector AGP y 6 conectores PCI. micro-atx: El formato microatx resulta una actualización de ATX, que posee las mismas ventajas en un formato más pequeño (244 x 244 mm), a un menor costo. El Micro-ATX incluye un conector AGP y 3 conectores PCI. Flex-ATX: FlexATX es una expansión del microatx, que ofrece a su vez una mayor flexibilidad para los fabricantes a la hora de diseñar sus ordenadores. Incluye un conector AGP y 2 conectores PCI. mini-atx: El miniatx surge como una alternativa compacta al formato microatx (284 x 208 mm) e incluye a su vez, un conector AGP y 4 conectores PCI en lugar de los 3 del microatx. Fue diseñado principalmente para mini-pc. BTX: El formato BTX (Tecnología Balanceada Extendida), respaldado por la marca Intel, es un formato diseñado para mejorar tanto la disposición de componentes como la circulación de aire, la acústica y la disipación del calor. Los distintos conectores (ranuras de memoria, ranuras de expansión) se hallan distribuidos en paralelo, en el sentido de la circulación del aire. De esta manera, el microprocesador está ubicado al final de la carcasa, cerca de la entrada de aeración, donde el aire resulta más fresco. El cable de alimentación del BTX es el mismo que el de la fuente de alimentación del ATX. El estándar BTX define tres formatos: BTX estándar, con dimensiones estándar de 325 x 267 mm; micro-btx, con dimensiones reducidas (264 x 267 mm); pico-btx, con dimensiones extremadamente reducidas (203 x 267 mm). ITX: el formato ITX (Tecnología de Información Extendida), respaldado por Vía, es un formato muy compacto diseñado para configuraciones en miniatura como lo son las mini-pc. Existen dos tipos de formatos ITX principales: mini-itx, con dimensiones pequeñas (170 x 170 mm) y una ranura PCI; nano-itx, con dimensiones muy pequeñas (120 x 120 mm) y una ranura minipci. Por esta razón, la elección de la placa madre y su factor de forma dependen de la elección de la carcasa. La tabla que se muestra a continuación resume las características de los distintos factores de forma. Sobre los formatos AT,AT-X y EATX, lo más frecuente es que nos encontremos los tipos AT-X y EAT-X, incluyendo el formato antiguo AT. Estos formatos son porque inicialmente los "Chips" iban a 5 y 12 Volt, pero con los años esos "Chips" se han hecho cada vez más pequeños y utilizan menos energía pudiendo hacer el mismo trabajo, además que en una PC cada vez se incorporan más elementos. Actualmente podemos encontrar componentes auxiliares como una placa para red LAN o un Chip de Sonido interno, por no olvidarse de los puertos USB, imprescindibles actualmente junto con los HDMI.

5 Descripción de la Placa Madre de la Computadora Debido a la variedad de fabricantes y de las diferentes "arquitecturas" empleadas (una Placa Base, como cualquier placa electrónica, lleva un diseño como si se tratara de un edificio), se tuvo que definir un estándar para todos, pues si en los inicios de la computadora doméstica y profesional cada fabricante aportaba sus propias piezas y los usuarios tenían que comprar su computadora montada y programada, esto complicaba mucho las cosas a la hora de pedir recambios e incluso en el precio final, que era muy alto. De ahí que el que se impuso el sistema "PC" llamado "Personal Computer" u "Ordenador Personal", aunque no fuera el tipo de máquina más efectiva, pero con este sistema podemos hacer o modificar la máquina según nuestras necesidades de una forma muy amplia y no está sujeta a las limitaciones que tendría por ejemplo una computadora "Macintosh", que está sujeta a especificaciones dadas por el fabricante (Apple), aunque en principio es mucho mejor una "Mac" que un "PC", hoy en día la brecha tecnológica se ha reducido mucho. Cuando compramos un gabinete para computadora, ésta se diseñó para uno de los formatos tipo AT,AT-X o EAT-X, esto nos indica el tipo de Placa Base que cabe en dicha caja de aluminio, ya que estas siglas también nos indican las medidas de las Placas Base. componentes Integrados La placa madre contiene un cierto número de componentes integrados, lo que significa a su vez que éstos se hallan integrados a su circuito impreso: el chipset, un circuito que controla la mayoría de los recursos (incluso la interfaz de bus con el procesador, la memoria oculta y la memoria de acceso aleatorio, las tarjetas de expansión, etc.), el reloj y la pila CMOS, el BIOS, el microprocesador, la memoria RAM el bus del sistema y el bus de expansión, los puerto de entrada y salida, etc. De esta manera, las placas madre recientes incluyen, por lo general, numerosos dispositivos multimedia y de red integrados que pueden ser desactivados si es necesario: tarjeta de red integrada; tarjeta gráfica integrada; tarjeta de sonido integrada; controladores de discos duros actualizados. Además, las placas madre de las notebooks o laptops también poseen la fuente de alimentación integrada, razón por la cual es una parte importante de estos dispositivos y una posible fuente de fallas. el chipset El chipset es un circuito integrado cuya función consiste en coordinar la transferencia de datos entre los distintos componentes de la computadora (incluso el procesador y la memoria). Teniendo en cuenta que el chipset está integrado a la placa madre, resulta de suma importancia elegir una placa madre que incluya un chipset reciente para maximizar la capacidad de actualización del ordenador. Algunos chipsets pueden incluir un chip de gráficos o de audio, lo que significa que no es necesario instalar una tarjeta gráfica o de sonido. Sin embargo, en algunos casos se recomienda desactivarlas (cuando esto sea posible) en la configuración del BIOS e instalar tarjetas de expansión de alta calidad en las ranuras apropiadas. Antes sólo había un chipset que hacía todo el trabajo, pero en desde hace mucho tiempo, en las computadoras hay dos: El "NorthBridge" ("Puente Norte") y el "SouthBridge" ("Puente Sur"), estas dos denominaciones son porque se divide el trabajo de manejar la Placa Base entre un Chipset principal y otro secundario. El NorthBridge se encarga de controlar a la CPU, la memoria RAM, la Tarjeta Gráfica y la comunicación entre éstos, mediante ciclos o "Frecuencias de Reloj", de valores específicos. A la vez controla y se comunica con su homólogo el SouthBridge. El SouthBridge controla y se comunica con los Chips o Circuitos Integrados que se encargan de los puertos dónde van las Tarjetas Auxiliares, de los puertos dónde van los Discos Duros, reproductores de CD's o DVD's, aparte de los controladores de la red LAN y de los periféricos, el teclado y el ratón. Para una mejor comprensión en la figura 4 tenemos un esquema de una Placa Base, los nombres de los Circuitos Integrados o Chips han sido

6 Artículo de Tapa Fi gu ra 4 Fi gu ra 5 se puede ver en la figura 6. el reloj y la pila cmos borrados para no delatar al fabricante: En la figura 5 podemos apreciar la parte de la placa correspondiente al NorthBridge. El SouthBridge, coordinado por el otro chipset, Todas las placas base, disponen de una batería o pila (normalmente tipo botón del tipo CR-2032 de 3V) que se encarga de mantener la alimentación eléctrica del reloj de tiempo real (RTC), figura 7, también es la encargada de mantener los parámetros almacenados en la memoria CMOS RAM que son usados por la Bios. La duración de esta batería suele rondar de 3 a 5 años. Cuando el sistema detecta que la batería está baja de carga o agotada, nos muestra un mensaje al arrancar la PC, algo así como checksum failure. También es un síntoma de que se está agotando Fi gu ra 7 Fi gu ra 6

7 Descripción de la Placa Madre de la Computadora Fi gu ra 8 cuando, al apagar el equipo, no nos conserve la fecha y hora o, que al encender el equipo, nos pide que configuremos el Setup. Cuando se agota la batería no es que se borre toda la información de la BIOS, si no que si hemos cambiado algún parámetro, éste se borrará y la BIOS volverá a los parámetros de fábrica. Cuando modificamos el programa de la BIOS sin tener conocimiento y la PC no arranca o arranca mal, siempre podemos quitar la batería y volverla a poner minutos después, con el equipo desconectado de la red eléctrica. Y así se habrán borrado todos los errores que hayamos cometido, todos si no han sido graves. También junto a ésta encontraremos un "Jumper" (puente). El Jumper de la figura 8 corresponde a otro conector, pero sirve para explicar este simple componente. En el Jumper, que puede ser de cualquier color, para limpiar la memoria de la BIOS, vendrá descrito de la siguiente forma: "CLEAR CMOS". Si detectamos que la batería está agotada, debemos cambiarla. Para ello debemos desconectar la pc de la toma de corriente eléctrica, abrir la tapa del gabinete y extraer la pila gastada. Luego debemos colocar en su lugar otra de semejantes características. El reloj en tiempo real (o RTC) es un circuito cuya función es la de sincronizar las señales del sistema. Está constituido por un cristal que, cuando vibra, emite pulsos (denominados pulsos de temporizador) para mantener los elementos del sistema funcionando al mismo tiempo. La frecuencia del temporizador (expresada en MHz) no es más que el número de veces que el cristal vibra por segundo, es decir, el número de pulsos de temporizador por segundo. Cuanto más alta sea la frecuencia, mayor será la cantidad de información que el sistema pueda procesar. Cuando se apaga la computadora, la fuente de alimentación deja inmediatamente de proporcionar electricidad a la placa madre. Al encender nuevamente el ordenador, el sistema continúa en hora. Un circuito electrónico CMOS, también llamado BIOS CMOS, conserva algunos datos del sistema, como la hora, la fecha del sistema y algunas configuraciones esenciales del sistema. El CMOS se alimenta de manera continua gracias a una pila (pila tipo botón) o bien a una pila ubicada en la placa madre. La información sobre el hardware en el ordenador (como el número de pistas o sectores en cada disco duro) se almacena directamente en el CMOS. Como el CMOS es un tipo de almacenamiento lento, en algunos casos, ciertos sistemas suelen proceder al copiado del contenido del CMOS en la memoria RAM (almacenamiento rápido); el término "memoria shadow" se utiliza para describir este proceso de copiado de información en la memoria RAM. Como los electrónicos sabemos metal óxido semiconductor (CMOS) es una tecnología de fabricación de transistores, la última de una extensa lista que incluye a su vez la TTL (lógica transistortransistor), el TTLS (lógica transistor-transistor Schottky) (más rápido) o el NMOS (Semiconductor de óxido metálico de canal negativo) y el PMOS (Semiconductor de óxido metálico de canal positivo). El reloj con tecnología CMOS permite la ejecución de numerosos canales complementarios en un solo chip. A diferencia de TTL o TTLS, el CMOS es mucho más lento, pero reduce notoriamente el consumo de energía; esta es la razón por la que se utiliza como reloj de ordenadores alimentados a pilas. A veces, el término CMOS se utiliza erróneamente para hacer referencia a los relojes de ordenadores. Cuando la hora de la computadora se reinicia de manera continua o si el reloj se atrasa, generalmente sólo debe cambiarse la pila. la memoria BIos El BIOS (Sistema básico de entrada y salida) es el programa que se utiliza como interfaz entre el sistema operativo y la placa madre, es un tipo de firmware que localiza y prepara los componentes electrónicos o periféricos de una máquina, para comunicarlos con algún sistema operativo que la gobernará. Para ello la máquina cargará ese sencillo programa en la memoria RAM central del aparato. El programa está instalado en un circuito integrado de la placa base y realizará el control POST de la misma en el tiempo de arranque o encendido, proporcionando funcionalidades básicas: chequeo de la memoria principal y secundaria,

8 Artículo de Tapa comunicación con el usuario vía monitor o teclado y enlace mediante los procesos de arranque o booting con el núcleo del sistema operativo que gobernará el sistema. La memoria BIOS, figura 9, es quién controla la Placa Base, es una memoria del tipo CMOS, basada en transistores de Entrada/Salida que funciona mediante pulsos eléctricos. Van programadas con una variación del antiguo S.O. "BASIC", que era a 8 bits. Actualmente, esta variación funciona a 16 bits e incluso a 32 bits, en sistemas EPROM Y EEPROM. Estos sistemas operativo (S.O.) se utilizan para dar instrucciones básicas. En la BIOS se almacenan todos los parámetros de la Placa Base y los componentes que hay conectados en ella y ésta es la encargada de decirle al S.O. de nuestro ordenador (Windows, Linux, Android, etc.) qué componentes hay conectados y cuáles son sus características, aparte de cosas tan básicas como la hora y la fecha. Si la BIOS no existiera, tendíamos que decirle al S.O. cada vez que encendiéramos la computadora qué es lo que tenemos dentro. La memoria BIOS, a través de su programa (llamado BIOS) chequea la Placa Base y sus componentes, así si hay algún problema en alguno de ellos, nos avisa mediante un mensaje, unos pitidos o simplemente no permitiendo el arranque de la PC, protegiendo siempre la Placa Base ante cualquier eventualidad, ya que es el elemento más importante de la computadora. El BIOS se puede configurar por medio de una interfaz (llamada Configuración del BIOS), a la que se accede al iniciarse la computadora presionando una tecla (por lo general, la tecla Supr. En realidad, la configuración del BIOS se utiliza sólo como interfaz para configuración; los datos se almacenan en el CMOS. Para obtener más información, se aconseja consultar el manual de su placa madre). Fi gu ra 9 Una Placa Base aparte de componentes, también posee ranuras, algunas incluso han impuesto la moda de tener diferentes colores. Muchos fabricantes se han apuntado en colorear los conectores para que sepamos dónde va cada cosa, para que hasta un niño pequeño pueda montar una computadora, tarea poco recomendable para personas de tan corta edad. El procesador (también denominado microprocesador) es el cerebro del ordenador o computadora, figura 10. Ejecuta programas a partir de un conjunto de instrucciones. En otras palabras, 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. El procesador se caracteriza por su frecuencia, es decir la velocidad con la cual ejecuta las distintas instrucciones. Esto significa que un procesador de 800MHz puede realizar 800 millones de operaciones por segundo. La placa madre posee una base o zócalo (a veces tiene varias en las placas madre de multiprocesadores) en la cual se inserta el procesador y que se denomina socket del procesador o ranura. En realidad, podemos decir que: Ranura: Se trata de un conector rectangular en el que se inserta un procesador de manera vertical. Socket: Además de resultar un término general, también se refiere más específicamente a un conector cuadrado con muchos conectores socket del microprocesador Fi gu ra 10

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10 pequeños en los que se inserta directamente el procesador. Artículo de Tapa Dentro de estos dos grandes grupos, se utilizan diferentes versiones, según del tipo de procesador. Más allá del tipo de socket o ranura que se utilice, es esencial que el procesador se inerte con suavidad para que no se doble ninguna clavija (existen cientos de ellas). Para insertarlos con mayor facilidad, se ha creado un concepto llamado ZIF (Fuerza de inserción nula). Los sockets ZIF poseen una pequeña palanca que, cuando se levanta, permite insertar el procesador sin aplicar presión. Al bajarse, ésta mantiene el procesador en su lugar. Por lo general, el procesador posee algún tipo de dispositivo infalible con la forma de una esquina con muescas o marcas coloridas, que deben ser alineadas con las marcas respectivas del socket. Dado que el procesador emite calor, se hace necesario disiparlo a fín de evitar que los circuitos se sobrecalienten y ocasionen fallas. Esta es la razón por la que generalmente se monta sobre un disipador térmico (también llamado ventilador o radiador), hecho de un metal conductor del calor (cobre o aluminio) a fin de ampliar la superficie de transferencia de temperatura del procesador. El disipador térmico incluye una base en contacto con el procesador y aletas para aumentar la superficie de transferencia de calor. Por lo general, el enfriador está acompañado de un ventilador para mejorar la circulación de aire y la transferencia de calor. La unidad también incluye un ventilador que expulsa el aire caliente de la carcasa, dejando entrar el aire fresco del exterior. El zócalo del microprocesador será del tamaño según la CPU admitida, aunque hay dos grandes fabricantes actualmente, Intel y A.M.D., no todas las CPU se puede colocar en una tarjeta madre (motherboard o placa base) determinada. Depende de el año y el tipo de CPU que queramos poner en la Placa Base. En la figura 11 podemos observar un zócalo para CPU INTEL,LGA de 775 contactos. En la figura 12 tenemos como ejemplo un zócalo para CPU AMD de 939 contactos. Fi gu ra 11 Fi gu ra 12 figura 13. Es allí donde se cargan todas las instrucciones que ejecutan el procesador y otras unidades de cómputo. Se denominan "de acceso aleatorio" porque se puede leer o escribir en una posición de memoria con un tiempo de espera igual para cualquier posición, no siendo necesario seguir un orden para conectores de la memoria ram La memoria RAM (Memoria de acceso aleatorio) utiliza como memoria de trabajo para el sistema operativo, los programas y la mayoría del software, Fi gu ra 13

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12 Artículo de Tapa acceder a la información de la manera más rápida posible. En síntesis, la RAM se utiliza para almacenar datos mientras se ejecuta el ordenador; sin embargo, los contenidos se eliminan al apagarse o reiniciarse el ordenador, a diferencia de los dispositivos de almacenamiento masivo como los discos duros, que mantienen la información de manera segura, incluso cuando el ordenador se encuentra apagado. Esta es la razón por la que la memoria RAM se conoce como "volátil". Entonces, por qué debería uno utilizar la RAM, cuando los discos duros cuestan menos y posen una capacidad de almacenamiento similar? La respuesta es que la RAM es extremadamente rápida a comparación de los dispositivos de almacenamiento masivo como los discos duros. Tiene un tiempo de respuesta de alrededor de unas docenas de nanosegundos (cerca de 70 por DRAM, 60 por EDO RAM y 10 por SDRAM; sólo 6 ns por DDR SDRAM) a diferencia de unos pocos milisegundos en los discos duros. La memoria RAM se presenta en forma de módulos que se conectan en los conectores de la placa madre. En las memorias mas antiguas estos zócalos tenían dos dientes, en cambio con las actuales sólo tienen un diente, esto es para que nos sirva de guía a la hora de insertar los módulos de RAM Las Ranuras de la figura 14 son concretamente del tipo DDR. otros conectores de la placa madre Además de todos los componentes mencionados en este artículo, en una computadora encontraremos otros elementos tales como el disco duro o disco rígido, que puede ser óptico, de estado sólido o híbrido, la tarjeta gráfica, la placa de sonido, la fuente de alimentación, los puertos de entrada y salida (I/O) para comunicarse con el exterior y otros dispositivos en función del tipo de equipo que se trate. Las placas madre de las computadoras de escritorio también incluyen ranuras adicionales para expandir las características del equipo mediante el agregado de placas adicionales. En otro artículo de esta edición describimos los elementos aquí mencionados y le indicamos cuáles son los problemas comunes que suelen tener las motherboards y cómo se realiza su diagnóstico. J BIBlIografía Fi gu ra 14