Una placa base (también llamada placa base , placa de circuito principal , MB , placa base , placa de plano posterior , placa base , placa del sistema , mobo ; o en la placa lógica de las computadoras Apple) es la placa de circuito impreso (PCB) principal en computadoras de uso general y otras computadoras expandibles. sistemas. Mantiene y permite la comunicación entre muchos de los componentes electrónicos cruciales de un sistema, como la unidad central de procesamiento (CPU) y la memoria , y proporciona conectores para otros periféricos . A diferencia de un backplane , una placa base generalmente contiene subsistemas importantes, como el procesador central, los controladores de memoria y de entrada/salida del chipset , conectores de interfaz y otros componentes integrados para uso general.
Placa base significa específicamente una PCB con capacidades de expansión. Como sugiere el nombre, esta placa a menudo se conoce como la "madre" de todos los componentes conectados a ella, que a menudo incluyen periféricos, tarjetas de interfaz y placas hijas : tarjetas de sonido , tarjetas de video , tarjetas de red , adaptadores de bus host , tarjetas sintonizadoras de TV. , tarjetas IEEE 1394 y una variedad de otros componentes personalizados.
De manera similar, el término placa base describe un dispositivo con una sola placa y sin expansiones o capacidades adicionales, como placas de control en impresoras láser, televisores, lavadoras, teléfonos móviles y otros sistemas integrados con capacidades de expansión limitadas.
Antes de la invención del microprocesador , la CPU de una computadora digital consistía en múltiples placas de circuito en una caja de tarjetas con componentes conectados por una placa posterior que contenía un conjunto de enchufes interconectados en los que se enchufaban las placas de circuito. En diseños muy antiguos, los cables de cobre eran las conexiones discretas entre los pines del conector de la tarjeta, pero las placas de circuito impreso pronto se convirtieron en la práctica estándar. La unidad central de procesamiento (CPU), la memoria y los periféricos estaban alojados en placas de circuito impreso individuales, que se conectaban al backplane.
En los sistemas más antiguos basados en microprocesadores, la CPU y algunos circuitos de soporte encajaban en una sola placa de CPU, con la memoria y los periféricos en placas adicionales, todas conectadas al backplane. El omnipresente autobús S-100 de los años 1970 es un ejemplo de este tipo de sistema de backplane.
Las computadoras más populares de la década de 1980, como Apple II e IBM PC, habían publicado diagramas esquemáticos y otra documentación que permitía realizar ingeniería inversa rápidamente y reemplazar placas base por parte de terceros. Generalmente destinadas a construir nuevas computadoras compatibles con los ejemplares, muchas placas base ofrecían rendimiento adicional u otras características y se usaban para actualizar el equipo original del fabricante.
A finales de los 80 y principios de los 90, resultó económico trasladar un número cada vez mayor de funciones periféricas a la placa base. A finales de la década de 1980, las placas base de las computadoras personales comenzaron a incluir circuitos integrados únicos (también llamados chips Super I/O ) capaces de admitir un conjunto de periféricos de baja velocidad: teclado y mouse PS/2 , unidad de disquete , puertos serie y puertos paralelos. . A finales de la década de 1990, muchas placas base de computadoras personales incluían funciones integradas de audio, video, almacenamiento y redes de nivel de consumo sin necesidad de ninguna tarjeta de expansión ; Los sistemas de gama alta para juegos 3D y gráficos por computadora generalmente conservaban solo la tarjeta gráfica como un componente separado. Era más probable que las PC, estaciones de trabajo y servidores empresariales necesitaran tarjetas de expansión, ya sea para funciones más robustas o para velocidades más altas; esos sistemas a menudo tenían menos componentes integrados.
Las computadoras portátiles y notebooks que se desarrollaron en la década de 1990 integraban los periféricos más comunes. Esto incluía incluso placas base sin componentes actualizables, una tendencia que continuaría a medida que se introdujeran sistemas más pequeños después del cambio de siglo (como la tableta y el netbook ). La memoria, los procesadores, los controladores de red, la fuente de energía y el almacenamiento se integrarían en algunos sistemas.
Una placa base proporciona las conexiones eléctricas mediante las cuales se comunican los demás componentes del sistema. A diferencia de un backplane, también contiene la unidad central de procesamiento y alberga otros subsistemas y dispositivos.
Una computadora de escritorio típica tiene su microprocesador , memoria principal y otros componentes esenciales conectados a la placa base. Otros componentes, como almacenamiento externo , controladores para visualización de video y sonido , y dispositivos periféricos, se pueden conectar a la placa base como tarjetas enchufables o mediante cables; en los microordenadores modernos cada vez es más habitual integrar algunos de estos periféricos en la propia placa base.
Un componente importante de una placa base es el chipset de soporte del microprocesador , que proporciona las interfaces de soporte entre la CPU y los distintos buses y componentes externos. Este chipset determina, hasta cierto punto, las características y capacidades de la placa base.
Las placas base modernas incluyen:
Además, casi todas las placas base incluyen lógica y conectores para admitir dispositivos de entrada de uso común, como USB para mouse y teclados . Las primeras computadoras personales, como Apple II o IBM PC, incluían solo este soporte mínimo para periféricos en la placa base. Ocasionalmente, también se integraba hardware de interfaz de vídeo en la placa base; por ejemplo, en Apple II y rara vez en computadoras compatibles con IBM como IBM PCjr . Se proporcionaron periféricos adicionales, como controladores de disco y puertos serie, como tarjetas de expansión.
Dada la alta potencia de diseño térmico de las CPU y los componentes de las computadoras de alta velocidad, las placas base modernas casi siempre incluyen disipadores de calor y puntos de montaje para ventiladores para disipar el exceso de calor.
Las placas base se producen en una variedad de tamaños y formas llamados factores de forma , algunos de los cuales son específicos de cada fabricante de computadoras. Sin embargo, las placas base utilizadas en los sistemas compatibles con IBM están diseñadas para adaptarse a varios tamaños de carcasa . A partir de 2005 [actualizar], la mayoría de las placas base de las computadoras de escritorio utilizan el factor de forma estándar ATX , incluso las que se encuentran en las computadoras Macintosh y Sun , que no se han construido a partir de componentes básicos. El factor de forma de la placa base de un gabinete y la unidad de fuente de alimentación (PSU) deben coincidir, aunque algunas placas base de factor de forma más pequeño de la misma familia se adaptarán a gabinetes más grandes. Por ejemplo, una caja ATX normalmente admite una placa base microATX . Las computadoras portátiles generalmente utilizan placas base altamente integradas, miniaturizadas y personalizadas. Ésta es una de las razones por las que las computadoras portátiles son difíciles de actualizar y costosas de reparar. A menudo, la falla de un componente de una computadora portátil requiere el reemplazo de toda la placa base, lo que suele ser más costoso que una placa base de escritorio.
Un zócalo o ranura de CPU (unidad central de procesamiento) es un componente eléctrico que se conecta a una placa de circuito impreso (PCB) y está diseñado para albergar una CPU (también llamada microprocesador). Es un tipo especial de zócalo de circuito integrado diseñado para un número muy elevado de pines. Un zócalo de CPU proporciona muchas funciones, incluida una estructura física para soportar la CPU, soporte para un disipador de calor, facilitar el reemplazo (además de reducir costos) y, lo más importante, formar una interfaz eléctrica tanto con la CPU como con la PCB. Los zócalos de CPU en la placa base se pueden encontrar con mayor frecuencia en la mayoría de las computadoras de escritorio y servidores (las computadoras portátiles generalmente usan CPU de montaje en superficie), particularmente aquellas basadas en la arquitectura Intel x86 . El tipo de zócalo de CPU y el chipset de la placa base deben admitir la serie y la velocidad de la CPU.
Con la constante disminución de los costos y el tamaño de los circuitos integrados , ahora es posible incluir soporte para muchos periféricos en la placa base. Al combinar muchas funciones en una PCB , se puede reducir el tamaño físico y el costo total del sistema; Por lo tanto, las placas base altamente integradas son especialmente populares en computadoras de factor de forma pequeño y económicas.
Una placa base típica tendrá un número diferente de conexiones dependiendo de su estándar y factor de forma .
Una placa base ATX moderna y estándar normalmente tendrá dos o tres conexiones PCI-Express x16 para una tarjeta gráfica, una o dos ranuras PCI heredadas para varias tarjetas de expansión y una o dos PCI-E x1 (que ha reemplazado a PCI ). Una placa base EATX estándar tendrá de dos a cuatro conexiones PCI-E x16 para tarjetas gráficas y un número variable de ranuras PCI y PCI-E x1. En ocasiones también puede tener una ranura PCI-E x4 (varía según las marcas y modelos).
Algunas placas base tienen dos o más ranuras PCI-E x16, para permitir más de 2 monitores sin hardware especial, o utilizan una tecnología gráfica especial llamada SLI (para Nvidia ) y Crossfire (para AMD ). Estos permiten vincular de 2 a 4 tarjetas gráficas entre sí, para permitir un mejor rendimiento en tareas intensivas de computación gráfica, como juegos, edición de video, etc.
En las placas base más nuevas, las ranuras M.2 son para SSD y/o controlador de interfaz de red inalámbrica .
Las placas base generalmente se enfrían por aire con disipadores de calor que a menudo se montan en chips más grandes en las placas base modernas. [4] Una refrigeración insuficiente o inadecuada puede causar daños a los componentes internos de la computadora o provocar que se bloquee . La refrigeración pasiva , o un único ventilador montado en la fuente de alimentación , era suficiente para muchas CPU de ordenadores de sobremesa hasta finales de los años 1990; Desde entonces, la mayoría ha requerido ventiladores de CPU montados en disipadores de calor , debido al aumento de las velocidades de reloj y del consumo de energía. La mayoría de las placas base tienen conectores para ventiladores de computadora adicionales y sensores de temperatura integrados para detectar las temperaturas de la placa base y la CPU y conectores de ventilador controlables que el BIOS o el sistema operativo pueden usar para regular la velocidad del ventilador. [5] Alternativamente, las computadoras pueden usar un sistema de refrigeración por agua en lugar de muchos ventiladores.
Algunas computadoras de factor de forma pequeño y PC de cine en casa diseñadas para un funcionamiento silencioso y energéticamente eficiente cuentan con diseños sin ventilador. Por lo general, esto requiere el uso de una CPU de bajo consumo, así como un diseño cuidadoso de la placa base y otros componentes para permitir la ubicación del disipador de calor.
Un estudio de 2003 encontró que algunos fallos falsos de la computadora y problemas generales de confiabilidad, que van desde distorsiones de la imagen de la pantalla hasta errores de lectura/escritura de E/S , pueden atribuirse no al software o al hardware periférico , sino al envejecimiento de los condensadores de las placas base de las PC. [6] En última instancia, se demostró que esto era el resultado de una formulación de electrolito defectuosa, [7] un problema denominado plaga de condensadores .
Las placas base modernas utilizan condensadores electrolíticos para filtrar la energía CC distribuida por la placa. Estos condensadores envejecen a un ritmo que depende de la temperatura, ya que sus electrolitos a base de agua se evaporan lentamente. Esto puede provocar una pérdida de capacitancia y posteriores fallos de funcionamiento de la placa base debido a inestabilidades de voltaje . Si bien la mayoría de los capacitores están clasificados para 2000 horas de operación a 105 °C (221 °F), [8] su vida útil esperada se duplica aproximadamente por cada 10 °C (18 °F) por debajo de esta temperatura. A 65 °C (149 °F) se puede esperar una vida útil de 3 a 4 años. Sin embargo, muchos fabricantes ofrecen condensadores de calidad inferior [9] , lo que reduce significativamente la esperanza de vida. La refrigeración inadecuada de la carcasa y las temperaturas elevadas alrededor del zócalo de la CPU exacerban este problema. Con los ventiladores superiores, los componentes de la placa base se pueden mantener por debajo de los 95 °C (203 °F), lo que duplica efectivamente la vida útil de la placa base.
Las placas base de gama media y alta, por otro lado, utilizan exclusivamente condensadores sólidos . Por cada 10 °C menos, su vida útil promedio se multiplica aproximadamente por tres, lo que resulta en una esperanza de vida 6 veces mayor a 65 °C (149 °F). [10] Estos condensadores pueden tener una capacidad nominal de 5000, 10000 o 12000 horas de funcionamiento a 105 °C (221 °F), ampliando la vida útil prevista en comparación con los condensadores sólidos estándar.
En las PC de escritorio y portátiles, las soluciones de monitoreo y enfriamiento de la placa base generalmente se basan en un chip súper de E/S o un controlador integrado .
Las placas base contienen una ROM (y posteriormente EPROM , EEPROM , NOR flash ) que se almacena para inicializar dispositivos de hardware e iniciar un sistema operativo desde un dispositivo periférico .
Las microcomputadoras como Apple II e IBM PC usaban chips ROM montados en zócalos de la placa base. Al encenderse, la unidad de procesamiento central cargaría su contador de programa con la dirección de la ROM de inicio y comenzaría a ejecutar instrucciones desde la ROM de inicio. Estas instrucciones inicializaron y probaron el hardware del sistema, mostraron información del sistema en la pantalla, realizaron comprobaciones de RAM y luego intentaron iniciar un sistema operativo desde un dispositivo periférico. Si no había ningún dispositivo periférico que contuviera un sistema operativo disponible, entonces la computadora realizaría tareas de otras tiendas ROM o mostraría un mensaje de error, según el modelo y diseño de la computadora. Por ejemplo, tanto el Apple II como el IBM PC original tenían Cassette BASIC (ROM BASIC) y lo iniciarían si no se pudiera cargar ningún sistema operativo desde el disquete o el disco duro.
El firmware de arranque en los diseños modernos de placas base compatibles con IBM PC contiene un BIOS , al igual que la ROM de arranque en la PC IBM original, o UEFI . UEFI es un sucesor del BIOS que se hizo popular después de que Microsoft comenzó a exigirlo para que un sistema estuviera certificado para ejecutar Windows 8 . [11] [12]
Cuando la computadora está encendida, el firmware de arranque prueba y configura la memoria, los circuitos y los periféricos. Esta autoprueba de encendido (POST) puede incluir probar algunas de las siguientes cosas:
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )System.Fundamentals.Firmware.CS.UEFISecureBoot.ConnectedStandby... Las plataformas deben ser UEFI Clase Tres (consulte UEFI Industry Group, Evaluación de UEFI utilizando plataformas y soluciones disponibles comercialmente, versión 0.3, para obtener una definición) sin ningún módulo de soporte de compatibilidad instalado o instalable .
La emulación de BIOS y el arranque de PC/AT heredado deben estar deshabilitados.
