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Qué es una placa base y cómo funciona

Qué es una placa base

Si estás mirando ahora al fascinante mundo del hardware, definitivamente estás buscando información sobre cada uno de los componentes, tal vez para hacer montarte tu ordenador de juegos, o para entender mejor este magnífico mundo.

Bueno, esta pequeña guía fue creada especialmente para ti, querido recién llegados al destornillador, pero también podría ser útil para personas con “algunas casas de experiencia” sobre sus hombros. Trataremos de explicar de forma concisa las cosas más importantes que hay que saber sobre uno de los componentes más importantes del ordenador: la placa madre, placa base o motherboard para los amigos.

La placa base y sus formatos

Una placa madre es una placa de circuito impreso (o PCB) que es un soporte que se utiliza para conectar y comunicar componentes en un circuito electrónico. En este caso concreto se encarga de alojar y comunicar todos los componentes que componen el PC, así como de incluir algunos de los componentes necesarios para el buen funcionamiento del PC.

Las placas base son producidas en diferentes formatos que difieren en su tamaño, las más comunes (desde las más grandes hasta las más pequeñas) son sin duda el E-ATX, el ATX, el micro-ATX (MATX) y el mini-ITX. En aras de la integridad, también vale la pena mencionar el enorme XL-ATX y los diminutos Nano-ITX y Pico-ITX.

Cuanto más pequeña es la placa base, más pequeñas son sus características adicionales en general, aunque a lo largo de los años hemos visto que incluso las placas más pequeñas como la Mini-ITX pueden ofrecer características interesantes. Obviamente, cada formato incluye todo lo necesario para que su ordenador funcione correctamente a un nivel básico.

Los componentes principales de una placa madre son muchos y cada uno cubre una función específica.

El socket

El socket para las placas base más comunes puede tener dos variantes: LGA y PGA. La distinción entre estos dos tipos es muy simple: en el primero los pines de contacto se colocan en la placa madre mientras que la CPU está equipada con almohadillas doradas en correspondencia con ellos, mientras que en el segundo los pines se colocan directamente en la CPU y la placa madre tiene agujeros en los que insertar el procesador.

Cabe señalar que Intel ha dejado de adoptar el zócalo PGA desde 2004 con el nacimiento del famoso 775 para cambiar al socket LGA, mientras que AMD (excepto por un breve paréntesis en el socket L1) nunca ha dejado de utilizar socket PGA.

Cada tipología tiene sus ventajas y desventajas, pero ninguna de ellas se refiere al rendimiento.

Intel probablemente optó por adoptar sockets LGA porque de esta manera es mucho más difícil dañar la CPU, ya que no es posible doblar o romper sus pines. Sin embargo, los pines de la placa madre son más fáciles de doblar que los del procesador y también son mucho más difíciles de reparar.

AMD probablemente eligió permanecer en las tomas PGA debido a su facilidad de instalación. Doblar los pines de la CPU es generalmente más difícil y también es más fácil volver a colocarlos en su lugar, pero en caso de que se rompan o no se puedan volver a colocar en su posición correcta, sepa que puede lanzar el procesador con seguridad, ya que será inútil.

Pero entonces todos los procesadores con pines son buenos con todos los socket PGA y todos los que no lo son trabajarán con todos los socket LGA? La respuesta a esta pregunta es no, pero veamos por qué.

Dejando un poco los PCs y definiendo el socket en electrónica, descubrimos que se trata de un conector electrónico colocado sobre una placa de circuito impreso que permite instalar un circuito integrado (es decir, nuestro procesador) a través de un contacto directo. Pero, ¿qué significa esto?

Imagine la toma dividida en secciones, algunas destinadas a la transferencia de datos y otras reservadas para el transporte de corriente a la CPU. Para asegurarse de que todo funciona correctamente, estas secciones deben corresponderse tanto en la placa base como en el procesador porque deben estar en contacto directo.

Cuando salen nuevos procesadores a menudo tendemos a cambiar el número de pines o con menos frecuencia la disposición (como ocurrió entre Kaby Lake y Coffee Lake) de modo que cada familia de procesadores tendrá un solo y único zócalo con el que es compatible.

Por ejemplo: la familia de procesadores Pinnacle Ridge (es decir, Ryzen 2xxx) sólo es compatible con el socket AM4, mientras que Coffee Lake sólo es compatible con 1151v2.

Esto no significa que un zócalo sea compatible con varias familias de procesadores, por ejemplo, el 1151v1 es compatible tanto con Skylake como con Kaby Lake.

En pocas palabras: siempre es una buena idea informarse con cuidado sobre la toma de nuestra placa base y la que necesita el procesador que desea comprar.

El sistema de energía

Hay varios sistemas de alimentación en la placa madre que convierten la corriente recibida de la fuente de alimentación en corriente que puede ser utilizada para ciertos componentes. Pero los sistemas principales y más importantes a conocer son las fases de alimentación de la CPU y las relacionadas con las memorias RAM.

Las fases de potencia de la CPU (o VRM) son responsables de proporcionar la tensión correcta al procesador, generalmente cuanto mayor sea el número de fases y la calidad de los componentes electrónicos que las componen, mejor funcionará su funcionamiento.

Los VRMs están compuestos por un controlador PWM que determina cuántas fases puede manejar la placa base, MOSFETs que tienen la tarea de encenderse y apagarse constantemente y muy rápidamente para obtener el voltaje correcto, inductancias que tienen la tarea de resistir el suministro de energía de 12V y reducir el voltaje al requerido por la CPU.

Finalmente, están los condensadores que actúan como un sistema de filtrado de corriente. También puede haber otros componentes adicionales, pero estos son los realmente importantes a conocer.
Generalmente los MOSFETs producen mucho calor en su encendido y apagado, obviamente dependiendo de la cantidad de corriente que tienen que manejar, por lo que en muchos tableros están cubiertos por disipadores de calor (heat disks) de todos los tamaños.

A menudo los fabricantes de placas madre no indican el número real de fases de potencia en los distintos modelos, en resumen, que en VRM es un discurso bastante largo y complejo que sería mejor tratar en una guía separada (y tal vez lo hagamos).

Las fases de alimentación de la RAM se gestionan exactamente de la misma manera, pero están situadas junto a las ranuras DIMM y generalmente son dos, máximo tres y, al tener que manejar un consumo de energía muy bajo, no hay necesidad de disipador de calor en los MOSFETs.

El socket DIMM

Aunque constantemente se le llama “ranura” (principalmente para diferenciarla de la del procesador), electrónicamente hablando es un socket también reservado para RAM.

En un breve repaso histórico, el “socket DIMM” ha sufrido tres evoluciones principales: ha pasado del socket SIPP utilizado a principios de los años 80 al socket SIMM y luego al socket DIMM actual (o SO-DIMM si se consideran los módulos de memoria para ordenadores portátiles).

Generalmente en cada placa madre moderna hay un mínimo de dos espacios reservados para RAM hasta un máximo de ocho, aunque hay casos muy especiales (estoy hablando de placas madre que soportan múltiples procesadores simultáneamente) que incluso llegan a doce espacios reservados para memoria volátil.

Hasta la fecha, la RAM encontrada en los sistemas de última generación es DDR4. Hay que tener en cuenta que no es posible montar ningún tipo de RAM DDR en nuestra placa base, ya que todas son físicamente diferentes.

Por lo tanto, puede montar RAM DDR4 sólo en placas base con soporte DDR4, módulos DDR3 sólo en placas base con soporte DDR4 y así sucesivamente.

Ranura PCI Express

Cuando mires tu placa madre, seguro que has visto las ranuras PCI Express. Este tipo de puerto está reservado para todos los tipos de expansión: desde tarjetas gráficas hasta módulos de red.

El tamaño y el nombre de estas ranuras varían en función del número de líneas PCI Express que pueden manejar: la mayor se llama x16 y está reservada para tarjetas gráficas, seguida de las ranuras x4, x2 y x1 para tarjetas de expansión de cualquier tipo.

El conector x16 para las tarjetas de vídeo dedicadas es capaz de gestionar de forma autónoma hasta 75W. Las GPU que no superen este umbral de consumo de energía no necesitan cables de alimentación adicionales de su fuente de alimentación.

Las placas madre también tienen ranuras PCI, pero son cada vez menos utilizadas y populares y son cosa del pasado.

M.2 Slot

Recientemente, el slot M.2 también ha sido introducido en placas base de bajo costo, es otra ranura de expansión, también capaz de manejar hasta 4 líneas PCI Express o puede ser utilizado de acuerdo al estándar SATA dependiendo del dispositivo que esté conectando.

El puerto M.2 es conocido en particular por la posibilidad de instalar SSDs NVMe que explotan la conectividad PCI Express, ya que son mucho más rápidas que las SSDs SATA clásicas, pero no mucha gente sabe que también se puede utilizar este conector para, por ejemplo, la instalación de tarjetas de red u otras tarjetas de expansión.

El chipset

Justo al lado de los puertos PCI Express que mencionamos anteriormente, se puede ver un gran disipador térmico. Al quitarlo se puede ver el chipset.

Cada socket tiene su propio chipset y esto determina la compatibilidad de un procesador con una placa madre en particular, la posibilidad de overclocking, el número de puertos PCIe disponibles y mucho más. En resumen, el chipset actúa como intermediario entre todos los componentes y el procesador.

El chipset también ha sufrido varios cambios a lo largo de los años. Hasta 2008, de hecho, consistía en dos secciones diferentes llamadas Northbridge y Southbridge. El nombre proviene de la posición de los dos chips, uno más alto que el otro. Si está interesado, la desaparición de esta configuración vino con el chipset P55 (Intel).

El primero se ocupaba de la comunicación del procesador con la RAM, el puerto PCIe reservado para la tarjeta de vídeo y en algunos casos también integraba la tarjeta gráfica de la placa base y se conectaba directamente a la CPU, mientras que el segundo se ocupaba de las funcionalidades secundarias del PC como, por ejemplo, todas las entradas y salidas del PC y transmitía los datos al Northbridge, que los desviaba hacia el procesador.

Esta arquitectura fue reemplazada por lo que se llama SoC (System-on-a-Chip), es decir, las funciones del Northbridge se integraron directamente en la CPU. Los procesadores modernos gestionan por sí mismos la comunicación con la memoria RAM (a través del IMC que tienen en su interior, abreviatura de Integrated Memory Controller), con la tarjeta gráfica externa en caso de que la haya y, a menudo, integran una GPU en su interior.

Northbridge y Southbridge han sido sustituidos por el PCH (Platform Controller Hub) para Intel y por el FCH (Fusion Controller Hub) para AMD. Estos son responsables de gestionar todas las comunicaciones que no se preocupan por la CPU, como, por ejemplo, las que tienen puertos USB, ranuras PCIe secundarias y conexiones SATA.

De esta manera se ha podido aumentar mucho la velocidad de este tipo de comunicación, ya que las comunicaciones principales son gestionadas internamente por la CPU y las secundarias no tendrán que pasar por un “intermediario” antes de llegar al procesador.

Conectores de alimentación

Hay dos conectores de alimentación principales. El 20 (para las placas madre más antiguas) o 24 clavijas, la fuente de alimentación principal de la placa madre, y el 4/8/12/16 clavijas para la alimentación de la CPU.

Cualquier placa base funcionará correctamente incluso si inserta una fuente de alimentación de 20 pines, siendo los últimos cuatro pines auxiliares, así como cualquier CPU que funcione con sólo un cable de alimentación de 4 pines, sin embargo, no se recomienda en caso de que tenga que manejar CPUs de gran consumo de energía. Los 12 o 16 pines de la CPU son, en cambio, completamente superfluos.

Conectores auxiliares

En la placa base necesita conectar muchas cosas entre discos duros (o SSDs), ventiladores, puertos USB y entradas de audio de caja y mucho más. Las placas base tienen un conjunto muy largo de conectores auxiliares, así que vamos a enumerar los principales:

  • Los conectores SATA, generalmente situados en el lado derecho de la placa base o en la parte inferior de la misma, se utilizan principalmente para conectar a los dispositivos de almacenamiento del PC, como las unidades SSD y los discos duros.
  • El conector de 10 pines para USB 2.0 y el conector de 19 pines para USB 3.0 se utilizan para habilitar los puertos USB en el panel frontal de la carcasa. Para ambos conectores, falta una clavija en la esquina para asegurar un montaje correcto.
  • El conector de audio de 10 pines, también similar al conector USB 2.0, pero el pin que falta está en una posición diferente.
  • Luego están los conectores de 3 o 4 clavijas para los ventiladores y las bombas de los disipadores de calor líquido. Usando estos conectores usted puede ajustar la velocidad de sus ventiladores vía BIOS o software. Generalmente hay al menos un conector reservado para el ventilador del procesador llamado CPU_FAN.
  • El conector RGB Header es un conector de 4 pines y se utiliza para conectar los dispositivos RGB a la placa base para una personalización completa.
  • Por último, están los conectores reservados para los LEDs y los botones de la caja. Generalmente es una configuración de 10 pines en la que uno está ausente y otro queda libre. Para conectar correctamente estos cables, deberá consultar el manual de instrucciones de su placa base.

Panel entradas / salidas

El panel de E/S es el que se ve desde la parte posterior de la carcasa del PC y hay varias entradas de entrada/salida, como puertos USB, salidas de audio y vídeo y la entrada analógica de ratón y teclado.

Características adicionales

Dependiendo de las necesidades personales de cada usuario, una placa madre también puede tener algunas características adicionales desde un punto de vista físico.

Los más famosos y los más buscados son sin duda: el código postal, o una pequeña pantalla que nos dice qué le pasa a nuestro PC o si todo está bien. Por ejemplo, si al encender nuestro PC no podremos entrar en Windows y habrá un 55 en nuestro postcode podemos ir a buscar lo que indica ese número y encontrar fácilmente el problema.

El postcode a menudo es reemplazado o flanqueado por LEDs que indican qué componente está causando el problema, llamado LEDs de localización de averías, o es reemplazado por el clásico altavoz de cada placa madre.

Los botones ON/OFF y Reset directamente en la placa base, especialmente útiles para aquellos que necesitan utilizar bancos de pruebas y que sirven, como su nombre indica, para encender y apagar el PC o para reiniciarlo sin necesidad de tener una caja.

La última de las características adicionales más importantes es la BIOS dual, o la presencia de dos chips para la BIOS en caso de que no se pueda usar la principal (créeme, es muy difícil que esto suceda).

Ahora ya sabes un poco más sobre las cosas más importantes que puedes encontrar en una placa madre, un poco más en detalle. La próxima vez veremos cómo encontrar la placa madre adecuada para sus necesidades.

PLACAS BASE: ¿Que es? ¿Que debo saber?

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