Carta madre

Una placa base con en el centro a la izquierda en blanco el soporte para el microprocesador , en azul dos conectores de memoria , a la derecha los conectores (PCI) para las tarjetas de expansión .

Tipo	Hardware de computadora , placa del sistema ( d )

Caracteristicas

Compuesto de	Chipset , zócalo , ranura de expansión ( d ) , bus de computadora , módulo regulador de voltaje , conectores , procesador , Fate / stay night

La placa base es la placa de circuito impreso que soporta la mayoría de los componentes y conectores necesarios para el funcionamiento de una PC compatible . Se compone esencialmente de circuitos impresos y puertos de conexión que aseguran la conexión de todos los componentes y periféricos específicos de un microordenador ( discos duros (HDD / SSD), memoria de acceso aleatorio (RAM memoria de acceso aleatorio ), microprocesador , tarjetas secundarias , etc. . ) para que puedan ser reconocidos y configurados por el microprocesador mediante el programa contenido en el BIOS ( sistema básico de entrada y salida ) el cual debe configurar e iniciar correctamente todo el equipo.

Introducción

Es la placa principal de un microordenador que agrupa los circuitos principales, tales como:

soporte para todas las interconexiones entre circuitos integrados (incluidos los buses y la alimentación de todos los componentes que lo requieran);
conectores para tarjetas opcionales ( PCI , PCI Express , etc. ) e interfaces para periféricos internos (tarjeta de sonido o interfaz de red, por ejemplo) o externos ( USB , HDMI , etc. );
el chipset ( North Bridge y South ) y todos los componentes integrados ( tarjeta gráfica , tarjeta de sonido , etc. );
circuitos conectables:
- el microprocesador,
- la unidad de memoria ,
- y todas las tarjetas opcionales ( por ejemplo: tarjeta gráfica , módem ).

Organización general

Desde su creación, la placa base se ha enriquecido constantemente con muchas características. Entre estos, podemos mencionar entre otros:

el controlador USB ;
el controlador Ethernet (que le permite administrar la red operando por cable);
el chip de audio (que gestiona el sonido).

Estas características, que solo estaban disponibles a través de tarjetas de expansión hasta la década de 1990, se encuentran hoy en la mayoría de las placas base. Sin embargo, algunos de ellos tienen funciones adicionales (por ejemplo, una tarjeta Wi-Fi ). Por tanto, podemos decir que las placas base del mercado se distinguen por las características que ofrecen.

Así es como el público en general sigue hablando de “tarjetas” mientras que cuando se incluye una funcionalidad (por ejemplo gráficos, sonido, Wi-Fi) en una placa base, ahora se incluye en forma de circuito integrado .

Estructura

Conectores electricos

Estos conectores se utilizan para enrutar la corriente eléctrica desde la fuente de alimentación a la placa base. Cada tarjeta tiene dos:

el conector tipo ATX de 24 pines : es la fuente de alimentación principal de la tarjeta. Como su nombre indica, este zócalo tiene 24 pines que permiten que los diversos voltajes de suministro se dirijan a la tarjeta. Esto se debe a que todos los componentes de una placa base no funcionan con el mismo voltaje eléctrico . Es por eso que la fuente de alimentación entrega tres voltajes diferentes: +12 V , +5 V y +3,3 V ;
el conector de cuatro u ocho pines para CPU: este conector de forma cuadrada tiene solo cuatro u ocho pines. Asegura el suministro de energía al procesador. Se emite una tensión de 12 V .

También existen otros tipos de conectores eléctricos como los adecuados para tarjetas de clase AT (que son menos prácticos porque invertirlos causaría graves daños).

Soporte de procesador

El soporte del procesador (o socket en inglés) es el conector específico del procesador. Si se dice que es "libre" (ZIF, Zero Insertion Force en inglés) le permite insertar y quitar el procesador simplemente levantando la palanca de bloqueo de su lado para liberar el zócalo fácilmente para instalar o quitar el procesador. Este sistema presente en todas las placas base recientes permite una gran modularidad ya que se puede instalar cualquier procesador compatible con el pinout. En la práctica, son necesarias ciertas limitaciones, a saber:

Marca del procesador Hoy, los dos principales fabricantes de procesadores son Intel y AMD . Estas dos empresas utilizan cada una un tipo de procesador diferente debido a sus características físicas. En AMD, los procesadores están cubiertos con pequeños pines de conexión en la parte inferior y el zócalo correspondiente está perforado con orificios en los que se conecta el procesador. Intel usa la técnica inversa, es decir, los pines de conexión están en el zócalo mientras que la superficie inferior del procesador está cubierta con pequeñas áreas de contacto. En 2020, AMD está usando el socket AM4 para sus procesadores, Intel está usando el socket LGA 1151 para los principales procesadores Consumer (generación Skylake para: Pentium / Core I3 / Core I5 / Core I7 ). Generación de procesadores Cada nueva generación de procesador (ya sea Intel o AMD) utiliza un zócalo ligeramente diferente (debido a la ubicación de los pines de conexión). Como resultado, cada nueva generación no es retrocompatible con la anterior, lo que obliga al usuario a cambiar de placa base cuando quiere instalar un procesador que no es compatible con la tarjeta que ya tiene.

Chipset

Para que todos estos componentes coexistan y funcionen, la placa base utiliza un circuito específico llamado chipset . Esto se divide en dos partes distintas:

el “ northbridge” , para periféricos “rápidos” ( memoria , PCI Express , etc. ). En algunos microprocesadores, esta parte del chipset se ha integrado desde 2011;
el "south bridge" (en inglés southbridge ) para dispositivos "lentos" ( PCI , discos duros y SSD ... Desde 2011, sirve como controlador de almacenamiento USB / SATA .).

Autobús

Los buses del puente norte y del puente sur del microprocesador (ver imagen al lado), cada uno usa un bus específico de la placa base que va a la memoria y los periféricos (internos y externos).

Desde la década de 1990, la placa base ha sido equipada con el bus PCI que permite conectar todas las tarjetas de expansión. Este bus PCI está disponible en dos versiones con diferentes velocidades: la más rápida es la PCI Express dedicada, entre otras cosas, a las tarjetas gráficas .

Los buses externos ( E-SATA , USB , HDMI , etc. ) se conectan al bus PCI a través de conectores en la placa base o paneles de acceso externos.

Desde la década de 2000, el fabricante AMD ha utilizado el bus Hypertransport para conectar el procesador a los bancos de memoria, como Intel, que utiliza un bus QPI ( QuickPath Interconnect ).

BIOS y UEFI

Al iniciarse, la placa base necesita saber qué periféricos están conectados a ella. Para realizar esta tarea, tiene un firmware inicialmente llamado BIOS (del inglés Basic Input Output System "que significa sistema básico de entrada / salida") o en computadoras más recientes de su equivalente UEFI. Ambos están contenidos en un chip de " memoria de sólo lectura " (inicialmente ROM y luego EEPROM (o EPROM )) soldado a la misma placa base. El microprocesador lanza este código automáticamente cuando se enciende la tarjeta, es decir, cuando el usuario enciende su computadora:

BIOS El microprocesador utiliza el código contenido en la BIOS para configurar cada dispositivo conectado a la placa base (RAM, discos duros , tarjetas de expansión, etc. ). Si el microprocesador no puede mostrar un mensaje de error o ejecutar el "configurador de BIOS", la tarjeta emite una serie de pitidos que informan al usuario del problema que impide que continúe (entre otras cosas si no se detecta la pantalla, el teclado o el mouse) - estos Las señales son únicas para cada tarjeta. El significado del error vinculado a esta serie de pitidos se especifica en el manual de la placa base.
Una vez configurados todos los periféricos, el microprocesador ejecuta las instrucciones contenidas en el registro de arranque maestro que se encuentra en el periférico identificado como el que contiene el primer sistema disponible contenido en uno de los dispositivos de almacenamiento masivo ( CDROM , disco duro , SSD , llave USB , etc. ). UEFI UEFI es el nuevo tipo de BIOS vinculado a los desarrollos tecnológicos desde la década de 2000. Un consorcio de fabricantes ha desarrollado un nuevo estándar de firmware (firmware intermedio entre los elementos componentes de la placa base y el sistema operativo). UEFI (que significa Interfaz de firmware extensible unificada ) ofrece algunas ventajas sobre BIOS: funcionalidad de red como estándar, interfaz gráfica de alta resolución, administración integrada de instalaciones de múltiples sistemas operativos y liberación del límite de disco a 2, 2 TB . UEFI está escrito en lenguaje C .

Conectores de memoria

Colocadas cerca del zócalo de la CPU, las ranuras de memoria ( ranuras en inglés) son dos, cuatro, seis o rara vez ocho. De forma longilínea, se distinguen de otros conectores por la presencia de pasadores de seguridad en sus dos extremos y un dispositivo de enclavamiento que evita que la tarjeta se inserte al revés. Le permiten conectar los módulos RAM a la placa base.

En 2016, las ranuras de memoria acomodan módulos de memoria en formato DDR3 o DDR4 .

Ranuras de expansión

Ubicados en la parte inferior de la placa base, estos conectores grandes se utilizan para conectar tarjetas de expansión a la placa base, con el fin de agregar nuevas funciones. Hay varios tipos de interfaces que se utilizan para conectar tarjetas de expansión:

Bus ISA ( Industry Standard Architecture ): creado originalmente por IBM , este fue el primer bus de computadora interno utilizado para conectar tarjetas de expansión. Ha desaparecido de las placas base desde la década de 1990 a favor de un bus más compacto (desde el punto de vista físico) y también más rápido: PCI;
el bus PCI ( Peripheral Component Interconnect ): apareció en 1994, es el descendiente del bus ISA. Todavía está presente hoy ( década de 2010 ) pero en una versión más rápida y compacta: el bus PCI Express ;
el bus AGP ( Accelerated Graphics Port ): lanzado en 1997 por Intel, era un bus reservado para tarjetas gráficas , creado para superar el bus PCI que el fundador consideraba demasiado lento para la visualización 3D en tiempo real . Hoy en día ya no está presente en nuestras placas base porque ha sido reemplazado por el bus PCI Express , que es más rápido y más adecuado para soportar tarjetas gráficas (aunque también es capaz de soportar otro tipo de tarjetas).

Los conectores de almacenamiento son conectores específicos que se encuentran en todas las placas base, lo que le permite agregar dispositivos de almacenamiento masivo ( disco duro , unidad de disco óptico , disco SSD ). Hay tres tipos:

el conector Floppy : le permite conectar una unidad de disquete a la placa base. Es una interfaz bastante antigua que ya no se encuentra en las placas base desde finales de la década de 2010 (las llaves USB han tenido mucho éxito). Sin embargo, hay unidades de disquete que se pueden conectar a la computadora a través de USB;

Conectores IDE (también llamados PATA para Parallel ATA ): estos conectores, que son más largos que los conectores de disquete (incluso si se parecen a ellos a primera vista), le permiten conectar dos tipos de periféricos: discos duros IDE y unidades / grabadoras de discos ópticos con conectores IDE. Esta interfaz, creada en 1986, ha sido reemplazada por SATA, que es más pequeña y rápida;

Conectores SATA (para Serial ATA ): permiten conectar tres tipos de periféricos: discos duros SATA, SSD y discos ópticos (DVD) y lectores-escritores de Blu-Ray . Esta interfaz creada en 2003 se encuentra actualmente en la versión 3 ;

Conectores M.2 : mejora del conector mSATA, estos conectores lanzados alrededor de 2013 están pensados para alojar tarjetas hijas del tipo: discos de almacenamiento SSD / WIFI / Bluetooth, etc.

Panel de entrada / salida

El panel I / O (English I / O Panel ( Input / Output Panel )) es una interfaz que incluye todos los conectores de entrada / salida. Estos conectores, que cumplen con el estándar PC 99 , permiten al usuario conectar periféricos externos a la computadora (como un monitor , teclado , mouse , kit de altavoces o impresora ). Hay varios tipos de conectores:

el USB ( Universal Serial Bus ) conecta casi todo el hardware más nuevo ( unidades USB , impresoras, etc. ). El estándar USB apareció en 1996 y todavía está presente en la actualidad; en 2016, las placas base ofrecen puertos USB en la versión 3.0 (5 Gbit / s ) que se pueden identificar por sus conectores azules;
el conector RJ45 permite que la computadora se conecte a una red de computadoras cableada; en 2016, el zócalo es estándar 1000BASE-T ;
el conector VGA ( Video Graphics Array ): este conector de video analógico se utiliza para conectar una pantalla a la computadora. Este conector está conectado al IGP ( Integrated Graphics Processor ) del procesador (que es una especie de pequeña tarjeta gráfica integrada en el procesador; todos los procesadores modernos tienen uno);
el conector DVI ( Interfaz visual digital ): este conector de vídeo digital se utiliza para conectar una pantalla a la computadora. También está vinculado al IGP del procesador;
el conector HDMI : este conector digital gestiona audio y video en alta definición . Le permite conectar una pantalla de alta definición a la computadora;
Conector DisplayPort : este conector de video digital administra audio y video de alta definición (como HDMI). Le permite conectar una pantalla de alta definición a la computadora;
conectores de audio analógico: conectores jack de 3,5 mm en el borde del panel. Le permiten conectar un sistema de audio a la computadora (como un kit de altavoz, auriculares ) o un micrófono , de forma analógica;
conectores de audio digital ( SPDIF ): se utilizan para conectar un sistema de audio a la computadora, a través de un flujo de datos digitales (bitstream);
el conector Firewire (IEEE1394) : se utiliza para conectar determinados periféricos al ordenador (discos duros externos, videocámaras, etc. ).

Fabricantes

En 2018, los principales fabricantes de placas base son:

Tarjeta multiprocesador

Una tarjeta multiprocesador (como su nombre indica) puede acomodar varios procesadores físicamente distintos ( generalmente 2, a veces cuatro, rara vez más). Estas tarjetas relativamente caras se utilizan principalmente en arquitecturas de servidores o supercomputadoras . De hecho, la presencia de dos procesadores permite duplicar la potencia de cálculo de la máquina. Para administrar dos procesadores juntos, existen dos técnicas:

Gestión asimétrica: con este método, a cada procesador se le asigna una tarea diferente. Esto hace posible confiar una tarea a un procesador mientras el segundo está ocupado con otra cosa.
Gestión simétrica: con este método, cada tarea se distribuye por igual en cada procesador (es decir, cada procesador se encarga de la mitad de la tarea)

El sistema operativo Linux permite la gestión simétrica de dos procesadores desde el lanzamiento de la versión 2.6 (2003) del kernel de Linux .

Diferentes formatos de placa base

A medida que la informática ha evolucionado, han surgido varios formatos de placa base estandarizados. Estos son los principales:

AT (1984): 305 mm × 279–330 mm ( IBM ) (formato reemplazado en gran medida desde principios de la década de 2000 por el formato ATX);
- Baby-AT (1985): 216 mm × 254–330 mm ;
ATX (1995): 305 mm × 244 mm ( Intel );
- microATX (1996): 244 mm × 244 mm ,
- FlexATX (1999): 228,6 mm × 190,5 mm ,
- ATX-E: 305 mm × 330 mm ,
- Mini-ATX (2005): 150 mm × 150 mm ;
ITX (2001): 215 mm x 191 mm ( VIA );
- Mini-ITX (2001): 170 mm × 170 mm máx.,
- Nano-ITX (2003): 120 mm × 120 mm ,
- Pico-ITX (2007): 100 mm × 72 mm máx. ;
BTX (2004): 325 mm × 267 mm máx. ( Intel );
- MicroBTX (2004): 264 mm × 267 mm máx.,
- PicoBTX (2004): 203 mm × 267 mm máx. ;
DTX (2007): 203 mm × 244 mm máx. ( AMD );
- Mini-DTX (2007): 170 mm × 203 mm máx.

Notas y referencias

Principios de la década de 2010.
Thomas Olivaux, " Electrónica, Electricidad el papel de cada componente en nuestros ordenadores ", Hardware Revista , n o 71,Junio - julio de 2014, p. 105-107.
Samuel Demeulmeester, “ Placas base: ¿Debemos seguir Care ? ", Canard PC Hardware , n o 17,Julio - agosto de 2013, p. 66–67 ( ISSN 2264-4202 ).
Placas base: cuidado con los formatos , en tomshardware.fr , 6 de septiembre de 2017 (consultado el 10 de septiembre de 2017).