Tema 3

Tema 3: Componentes internos del ordenador.

1-. La placa base.

La placa base o madre es el elemento principal del ordenador; a ella se conectan todos los demás dispositivos como pueden ser el disco duro, la memoria, el microprocesador…y hace que todos estos componentes funcionen en equipo.

Físicamente es una placa de material sintético formada por circuitos electrónicos en la que se encuentran un conjunto de chips, el chip set, la BIOS, los puertos del ratón y del teclado, los conectores ID, el sócalo del procesador, los sócalos de memoria, los puertos paralelo y serie.

a)      Factores de forma de la placa base.

Hay una gran variedad de formas, tamaños y tipos de placa base. El factor de forma determina el tamaño y orientación de las placas base respecto a la caja, el tipo de fuente de alimentación los periféricos necesarios. Los más populares los estudiamos a continuación:

·         AT y babi AT: AT está basada en el PC AT de IBM. El único periférico integrado en una placa AT es el conector del teclado.

La babi AT son más pequeñas que las AT y se llaman así porque se montan en cajas AT. Son las típicas de los ordenadores clónicos desde el 286 a los primeros pemtium. En este tipo de placa es habitual el conector gordo para teclado. Entre sus inconvenientes cabe estacar que las actualizaciones de determinados componentes obligan a desmontar gran parte de los ordenadores para llegar a ellos con holgura.

  

·         ATX, mini ATX y micro ATX: las placas ATX fueron introducidas por Intel en 1995 y ofrecen mayores ventajas que las anteriores. Ventajas:

-          Mejor disposición de sus componentes.

-          Mejor colocación de la CPU y de la memoria lejos de las tarjetas de expansión y cerca del ventilador de la fuente de alimentación.

-          Los conectores de la fuente de alimentación tienen una sola pieza y un único conector que adema no se puede conectar incorrectamente.

-          Los conectores para los dispositivos ID y las disqueteras se sitúan más cerca, reduciendo la longitud de los cables.

Las placas mini ATX son una versión reducida de las ATX que mantienen la misma disposición de sus componentes.

·         LPX y NLX: Este factor de forma lo utilizan equipos de marca para sobremesa. La mayoría de las placas tienen integrados más periféricos de los habituales como por ejemplo el modem, la tarjeta de red, la de video o la de sonido.

Los SLOTS para las tarjetas de expansión no se encuentran sobre la placa base sino en un conector especial en el que están pinchadas llamador Risher Card.

El factor de forma NLX es similar al LPX. El objetivo de este factor de forma es facilitar la retirada y la sustitución de la placa base sin herramientas.

El principal problema de estos formatos es su reducida capacidad y la dificultad de refrigerar adecuadamente microprocesadores potentes.

·         BTX: el factor de forma BTX fue introducido por Intel a finales del 2004 para intentar solucionar problemas de refrigeración que tenían algunos procesadores pero tuvo muy poca aceptación por fabricantes de placas bases y usuarios.

Los componentes se colocan de forma diferente que en las ATX con el fin de mejorar el flujo del aire. La necesidad de este nuevo formato se debe a los altos niveles de calor que llegan a alcanzar la caja y las placas bases ATX ya que las CPU actuales y las tarjetas gráficas consumen cada vez mas vatios. La nueva disposición de los componentes permite a la CPU estar justo delante del ventilador y la tarjeta grafica también se colocara de forma que aproveche mejor el flujo del aire.

Este formato no ha triunfado mucho debido a las restricciones de espacio.

·         WTX: este factor de forma fue creado por Intel en 1998 para servidores y estaciones de trabajo con múltiples CPU y discos duros.

La placa base y la caja están estrechamente relacionados.

2) Componentes de la placa base.

Los principales componentes de una placa base son:

-          Sócalo del microprocesador: conector donde se inserta el microprocesador o CPU.

-          Ranura de memoria (bancos de memoria): conectores donde se instala la memoria principal del ordenador.

-          Conjunto de chips o chipset: se encarga de controlar muchas de las funciones que se llevan a cabo en el ordenador como por ejemplo las transferencias de datos entre la memoria y la CPU y los dispositivos periféricos.

-          La BIOS (sistema básico de entrada/salida): es un pequeño conjunto de programas almacenados en una memoria EPROM que permite que el sistema se comunique con los dispositivos durante el proceso de arranque.

-          Ranura de expansión o SLOTS: son las ranuras donde se introducen las tarjetas de expansión.

-          Conectores externos: permiten que los dispositivos externos se comuniquen con la CPU como por ejemplo el teclado o el ratón.

-          Conectores internos: son los conectores para los dispositivos internos como el disco duro, la unidad de DVD.

-          Conectores de energía: es donde se conectan los cables de la fuente de alimentación para que la placa base y el resto de los componentes reciban la electricidad.

-          La batería: gracias a ella se puede almacenar la configuración del sistema usada durante la secuencia de arranque del ordenador.

a)      Sócalo del microprocesador.

Es el conector donde se inserta el microprocesador.

Los tipos más comunes de sócalo son:

1)      ZIF: en este tipo de sócalo el micro se inserta y se retira sin necesidad de hacer presión evitando que se puedan doblar las patillas.

2)      LGA: en este tipo de sócalo los pines están en la placa base en lugar del micro, mientras que en el micro hay contactos planos en su parte inferior, lo que permitirá un mejor sistema de distribución de energía y mayores velocidades de bus.

b)      Ranura de memoria.

Estas ranuras constituyen los conectores para la memoria principal del ordenador (memoria RAM). La memoria RAM está formada por varios chips soldados a unas placas que reciben el nombre de modulo de memoria.

Los módulos más comunes son los módulos DIMM de 13,3 cm de largos, existiendo:

1)      DIMM de 184 pines para memorias DDR.

2)      DIMM de 240 pines para memorias DDR2 o DDR3.

En placas bases más antiguas (como la de los antiguos pemtium) se pueden encontrar ranuras más cortas (de unos 10 cm) que las ranuras DIMM y estas se llaman ranuras SIMM.

c)      El chipset.

El chipset es un conjunto de circuitos lógicos que ayudan a que el procesador y los componentes del ordenador se comuniquen con los dispositivos conectados a la placa base y los controle. El chipset realiza las funciones siguientes: controla la transmisión de datos, las instrucciones y las señales de control que fluyen entre la CPU y los elementos del sistema y maneja la transferencia de datos entre la CPU, la memoria y los dispositivos periféricos.

Actualmente se le pueden identificar porque llevan el nombre del fabricante impreso y algunos un disipador.

El chipset suele costar de 2 chips, denominados Northbridge y Southbridge.

-          Northbridge: es el responsable de la conexión de la CPU con los componentes de alta velocidad del sistema como son la memoria RAM, el bus AGP y el PCI express. Controla las funciones de acceso desde y hacia el microprocesador, la memoria RAM, el puerto AGP y la ranura PCI express y las comunicaciones con Southbridge. El Northbridge controla las siguientes características del sistema:

1)      Tipo de microprocesador que soporta la placa.

2)      Número de microprocesadores que soporta la placa.

3)      Velocidad del microprocesador.

4)      Controlador de memoria.

5)      Velocidad del bus frontal.

6)      Tipo y cantidad máxima de memoria RAM soportada.

 

-          Southbridge: es el responsable de la conexión de la CPU con los componentes más lentos del sistema como por ejemplo los dispositivos periféricos. El Southbridge no está conectado directamente a la CPU sino que se comunica con ella a través del Northbridge.

El Southbridge en una placa base actual ofrece las siguientes características:

1)      Soporte para los buses de expansión como los PCI o los ISA.

2)      Controladoras de dispositivo: IDE, SATA, disquetera de red Ethernet y de sonido.

3)      Control de puertos para periféricos: USB y firewire.

4)      Funciones de administración de energía.

5)      Controlador del teclado, de interrupciones, etc.

d)      Componentes integrados.

Las conexiones típicas de la interfaz de entrada/salida integradas en las placas base de los ordenadores actuales son las siguientes:

1)      Puertos del teclado y del ratón.

2)      Controlador de la disquetera.

3)      Controlador ID/SATA: se utilizan para conectar unidades de CD, DVD, etc.

4)      Puertos de comunicación: serie y paralelo.

5)      Puertos USB.

6)      Conectores de audio, video y red.

El inconveniente de que estos dispositivos estén integrados en la placa base es que el fallo de uno de ellos puede obligar a cambiar la placa base.

e)      La BIOS.

La BIOS (Sistema Básico Entrada/Salida) es un conjunto de programas elementales grabados en un chip de la placa base denominado ROM BIOS, que se encarga de realizar las funciones necesarias para que el ordenador arranque.

La BIOS es la responsable de la mayoría de los menajes que aparecen al encender el ordenador. La secuencia típica de mensajes es la siguiente:

1)      Mensajes de la BIOS de la tarjeta gráfica.

2)      El nombre del fabricante de la BIOS y el número de versión.

3)      El tipo de microprocesador  y su velocidad.

4)      El test de memoria y su tamaño.

5)      Mensajes de otros dispositivos como el disco duro.

6)      Mensajes indicando como acceder a la BIOS.

-          Proceso de arranque.

Los pasos que realiza la BIOS en el proceso de arranque son:

1-      Lo primero que hace la BIOS es un chequeo de todos los componentes del hardware. Si encuentra algún fallo avisa mediante un mensaje en la pantalla o mediante pitidos de alarma. Este chequeo o test se llama Post.

2-      Si el proceso Post no encuentra problemas, el proceso de arranque continúa. En este momento la BIOS del adaptador de video y la inicia. La información sobre la tarjeta de video se muestra en la pantalla del monitor.

3-      Después de esto viene la información de la propia BIOS (fabricante y versión).

4-      La BIOS inicia una serie de pruebas del sistema incluidas la cantidad de memoria RAM detectada en el sistema. Los mensajes de error aparecerán en la pantalla.

5-      A continuación la BIOS comprueba los dispositivos que están activos con sus características: unidades de disco duro, CD-ROM, etc.

6-      Al final de la frecuencia la BIOS presenta una pantalla de resumen de datos. Ahora le toca trabajar al sistema operativo.

Para hacer que el sistema operativo comience a ejecutarse la BIOS debe encontrarlo. Dentro de los datos de la CMOS se encuentra un parámetro que indica las unidades de disco y el orden en que se tiene que tener acceso a ellas para encontrar el sistema operativo.

La BIOS se puede modificar entrando en el setup de la BIOS; a esta utilidad se le conoce con el nombre de CMOS Setup Utility (Programa de ayuda de configuración de CMOS), ya que los parámetros de configuración básica se escriben en una memoria CMOS. La CMOS se alimenta permanentemente mediante una batería que tiene forma de botón; de este modo los valores almacenados se mantienen incluso cuando se apaga el ordenador.

Otra de las funciones principales de la BIOS es el soporte para manejar ciertos dispositivos de entrada/salida como son el teclado, la pantalla, los puertos serie y los controladores de disco. Para acceder a la BIOS aparece un mensaje en la parte inferior de la pantalla cuando aún no se ha iniciado el sistema operativo.

f)       Ranuras de expansión.

Son unas ranuras de plástico o slot s con conectores eléctricos en las que se insertan las tarjetas de extensión como por ejemplo la tarjeta gráfica, el sonido, etc. Estas ranuras forman parte de un bus que es el canal a través del cual se comunican los dispositivos del ordenador PCI/AGP.

-          AGP.

El puerto de gráficos acelerado fue desarrollado por Intel en 1996 como solución a los cuellos de botella que se producían en la tarjeta gráfica que usaban el bus PCI. La ranura AGP se utiliza para conectar tarjetas gráficas y debido a su arquitectura solo puede aparecer una en la placa base y solamente para pinchar tarjetas gráficas.

En el 2006 dieron paso a las PCI express que ofrecen mejores prestaciones en cuanto a frecuencia y ancho de banda quedando obsoletas las AGP.

-          PCI.

Las ranuras PCI (Interconexión de Componentes Periféricos) aparecieron en los ordenadores en la década de 1990. Usan un bus local con una capacidad de transferencia de datos de 133 Mb/s. En las ranuras CPI se conectan dispositivos como la tarjeta de video, de sonido, de red, etc. Ofrecen la capacidad de configuración automática Plug and Play que hace que su configuración sea sencilla.

Generalmente las placas bases cuentan con al menos 2 o3 ranuras PCI identificables por su color blanco.

Las primeras versiones de PCI eran las PCI de 32 bits que ofrecían tasas de transferencia de datos de 133 Mb/s. Pronto aparecieron otras versiones más rápidas como las CPI de 64 bits cuya tasa de transferencia de datos era de unos 533 Mb/s.

-      PCI express: esta tecnología fue desarrollada en 2004. La tecnología transmite datos en serie, es decir, un bit detrás de otro lo que permitirá pocos bits por cada pulso de reloj pero a una velocidad muy alta del orden de 2,5 Gb/s.

g)      Conectores internos.

Aquí se incluyen conectores para dispositivos internos como la disquetera, discos duros, etc. Algunos son:

·         Puerto IDE o ATA paralelo.

·         Puerto FDD para disquetera.

·         Puertos sata o ATA serie.

Otros conectores internos son:

·         Los conectores para puertos USB adicionales. Los puertos USB del panel frontal de la caja se acoplan a estos conectores.

·         Para los indicadores del panel frontal de la caja como son el botón de encendido, altavoces internos, etc.

·         El conector CD-IM para conectar el cable de audio al DVD o al CD.

·         Los conectores para ventiladores (como mínimo uno para la CPU).

·         Conectores para salida digital de sonido SPEDIF: es un formato estándar para archivos de transferencia de audio. Permite transferir sonido de forma digital de un dispositivo a otro sin las posibles pérdidas asociadas a la transmisión analógica.

También podemos encontrarnos en las placas base más modernas una serie de jumpers que nos permitirán configurarla para que puedan admitir 2, 3 o más tarjetas de video en los conectores PCI express; se trata de los jumpers SLI. Por defecto están configurados para una tarjeta de video siendo importante consultar el manual de la placa base en el caso de que queramos conectar más tarjetas.

·         Conectores de energía.

Estos conectores sirven para conectar los cables de la fuente de alimentación a la placa base; de esta manera la placa base suministrará la corriente a los componentes que se conectan a ella como el microprocesador, la memoria, las carpetas de expansión, los ventiladores etc.

Algunos de ellos son:

+ ATX de 12 voltios de 4 pines que se suelen nombrar en las placas bases como ATX_12V.

+ Conector ATX de 24 pines.

h)      Conectores externos.

Para conectar los dispositivos periféricos del ordenador se utilizan conectores. El conector está en el extremo del cable adjunto al dispositivo periférico. Se inserta dentro del puerto para hacer conexión entre el ordenador y el periférico.

La mayoría de los ordenadores actuales incluyen los siguientes puertos de entrada /salida que se utilizan para conectar dispositivos periféricos al ordenador; 2 puertos PS2 para conectar el ratón y el teclado, un puerto serie, un puerto paralelo y dos o más puertos USB. Otros además incluyen puerto firewire, puertos de juegos, conectores para altavoz y micrófono, conector de red, etc.

1.       Puertos PS2 para teclado y ratón.

Se utiliza para conectar el teclado y el ratón. Los ordenadores suelen presentar dos puertos PS2 idénticos, que son fáciles de identificar por el color; el verde es del ratón y el lila del teclado. También se le llaman mini-dim.

2.       Puertos serie.

Su nombre proviene de la forma en que se envían los datos transmitiendo un bit tras otro en una serie. Eran usados para tareas con pocas necesidades de transferencia de información. El dispositivo periférico más utilizado para el puerto serie era el ratón aunque también se utilizaban para conectar dispositivos lentos como los modem. Las placas actuales ya no disponen de puerto serie ya que suelen utilizar el puerto USB que proporciona más velocidad en la transferencia de datos, tienen un conector macho de tipo D de 9 o 25 pines.

El sistema operativo identifica los puertos serie como puertos COM seguido de un número, que responde al número de puertos de serie del que se trata.

3.       Puertos paralelo.

También se les conoce con el nombre LPT o puerto de impresora. Reciben su nombre a la forma en que envían y reciben la información ya que la información se envía de 8 en 8 bit en lugar de un bits tras otro como ocurre en los puertos serie; esto hace que el paralelo sea más rápido que el serie. Los puertos paralelos son conectores hembra DB-25 y este puerto ha sido reemplazado por el puerto USB.

4.       Puertos USB.

El Bus Serie Universal o USB es un tipo de intrface que soporta dispositivos perifericos de baja velocidad como teclados y ratones y dispositivos de mayor velocidad como cámaras digitales, impresoras, etc. Ha terminado reemplazando a los puertos serie y paralelo de los ordenadores personales.

El USB es tambien un puerto serie y al igual que este transmite los datos de bits en bits pero transmite más rápidamente, Las caracteristicas que ofrece un puerto USB son las siguientes:

a)      Proporciona al ordenador capacidades plug an play para los dispositivos externos.

b)      Se pueden conectar dispositivos USB sin necesidad de reiniciarlo.

c)      Hay una amplia variedad de dispositivos disponibles (teclados, ratones, impresoras, cámaras digitales, etc).

En su versión inicial  USB 1.1 alcanzaba velocidades de transferencia de datos de 12 Mb por segundo. La versión USB 2.0 o también conocido como USB de alta velocidad soporta velocidades de transferencia de datos de 480 Mb/s y es compatible con los dispositivos USB 1.1.

Los puertos y conectores USB son de 2 tipos:

+ Puerto tipo A: de tipo hembra y forma rectangular. A este puerto se conecta un conector macho de tipo A.

+ Puerto tipo B: se encuentran en los dispositivos USB, más cuadrados y hembra. A este conector se conecta un conector macho tipo B.

5.       Puertos firewire.

Define las especificaciones para un bus serie de alta velocidad para dispositivos que realmente funcionan a alta velocidad como las cámaras de video digitales. Firewire es una marca registrada por Apple.

Comparte características con el interface USB; ambos son buses de alta velocidad plug and play e intercambiables en caliente. Las versiones más recientes que se están desarrollando ofrecerá velocidades de 800 Mb/ a 1,6 Gb/s.

6.       Conectores de red.

Muchas placas bases actuales llevan integrado un conector para conectar un conector a una web Ethernet; es una clavija similar a la utilizada para el teléfono pero más ancha denominada RJ-45.

7.       Conectores de audio.

Son conectores mini-jack de 3,5 milímetros. Los más habituales son los de altavoces, entrada de línea y entrada de micrófono que suelen estar codificados por colores, de color naranja salida de altavoces para el canal central y suftwofer; de color azul claro entrada de línea; de color negro altavoces teraseros; de color verde altavoces delanteros.

En placas bases más modernas también se encuentran los conectores S-….., redondos para cable coaxial.

Se utilizan para conectar el PC a un sistema externo de audio. 

8.       Puertos VGA y DVI

Se utilizan para conectar el monitor al PC. Este puerto viene integrado a veces en la placa base. Durante años se ha usado el conector analógico o VGA de 15 pines. La conexión del monitor al ordenador se realiza por medio dl puerto de video DB-15. Los monitores CRT utilizan el conector DB-15H de tipo analógico; sin embargo los monitores LCD pueden aceptar directamente la información en formato digital. Por este motivo aparece un tipo de conector visual-digital pensada para estos monitores, DVI.

9.       Puerto eSATA o SATA externo.

Muchas placas base actuales incluyen la conexión SATA externa que nos permitirá conectar discos duros SATA sin necesidad de abrir el ordenador y conectarlo a la placa base.

3)      El procesador.

Es el componente principal del ordenador, dirige y controla todos los componentes, se encarga de llevar a cabo las operaciones matemáticas y lógicas y decodifica y ejecuta las instrucciones de los programas cargados en la memoria RAM.

Físicamente es un circuito integrado o chip formado por millones de elementos electrónicos (casi todos transistores) integrados en una misma placa de silicio. Puede tener varios tamaños dependiendo del tipo de máquina donde se va a colocar (ordenadores, electrodomésticos, teléfonos móviles etc).

En los ordenadores antiguos el procesador venia soldado y no podía cambiarse por otro más moderno. En la actualidad suelen tener forma de cuadrado o rectángulo, y se conectan a un zócalo especial de la placa base denominado Shoket.

a)      Arquitectura interna.

Conforme evoluciona la electrónica también l hacen los microprocesadores y se van integrando dentro del micro más componentes que hacen que cada vez sean más potentes y rápidos. Para elegir un microprocesador hay que tener en cuenta para que vamos a utilizar el ordenador, por ejemplo no se necesitan los mismos recursos para trabajar con herramientas ofimáticas que para trabajarbcon aplicaciones multimedia. Los últimos micros sobrepasan los Ghz. Esto es justificable por lo siguiente:

+ Los nuevos Sistemas Operativos utilizan muchos recursos de la maquina.

+ Los nuevos formatos de audio o video comprimido se descomprimen en tiempo real tarea llevada por el micro y realizan más trabajo en menos tiempo.

Actualmente se trabaja con arquitecturas de doble núcleo (no hay que confundir un procesador de doble núcleo con un multiprocesador; en el primero los recursos son compartidos y los núcleos residen en la misma CPU; en el segundo hay dos CPUs diferentes con sus propios recursos).

Esta tecnología de doble núcleo permitirá aplicar aplicaciones multimedia y de seguridad, se podrán ejecutar varias aplicaciones simultáneamente, se podrá escuchar música etc.

El procesador de doble núcleo es una CPU con dos núcleos diferentes en una sola base; cada núcleo con su propia caché. Con esto se consigue mejorar el rendimiento del sistema eliminando los cuellos de botella que se podrían ocasionar en las arquitecturas tradicionales.

En la CPU de doble núcleo se añaden los siguientes elementos:

+ Unidad de punto flotante (FPU): se conoce también como coprocesador matemático y se encarga de manejar todas las operaciones en el punto flotante.

+ La caché del procesador de nivel 1 y de nivel 2: la memoria caché es usada por el ordenador para reducir el tiempo necesario en acceder a los datos de la memoria principal. La caché es una mini memoria más rápida que guarda copias de los datos que son usados con mayor frecuencia.

+ Bus frontal (FSB): bus que conecta la CPU con la placa base. Es la interface entre la caché de nivel del microprocesador y la placa base. El ancho de este bus es de 64 bits.

+ Bus posterior (BSB): es la interface entre la caché del nivel 1, el núcleo del procesador y la caché del nivel 2. El ancho de este bus es de 1256 bits.

La tecnología de doble núcleo además incorpora:

+ Un controlador de memoria DDR que hace que sea más rápido el acceso a la RAM.

+ Grupo de transporte con mayor ancho de banda para lograr comunicaciones de entrada/salida de alta velocidad.

b)      Características.

1.       La velocidad.

La velocidad de un micro se mide en Ghz o Mhz. Todos los micros modernos tienen dos velocidades. Velocidad interna: es la velocidad a la que funciona el micro internamente. Velocidad externa o de bus de sistema también llamada velocidad FSB. Velocidad a la que el micro se comunica con la placa base.

2.       Memoria Caché del procesador.

Una de las característica de los procesadores es la memoria caché, muy rápida y de pequeño tamaño.

La memoria caché es utilizada por el procesador para reducir el tiempo promedio necesario en acceder a los datos de la memoria principal. La caché es una mini memoria más rápida que guarda copias de los datos que son usados con mayor frecuencia.

Todos los procesadores actuales tienen una caché de nivel 1 y una segunda caché que es la caché de nivel 2 que es más grande que la de nivel 1 aunque menos rápida. Los procesadores más modernos incluyen también en su interior un tercer nivel llamado L3.

Cuando el microprocesador necesita datos mira primero en las cachés L1, L2 y L3; si allí no encuentra lo que quiere mira la memoria RAM y luego en el disco duro.

3.       La alimentación.

Los microprocesadores  reciben la velocidad de la placa base; el consumo de energía de la CPU está ligado a su velocidad de proceso y a la velocidad interna. Puede ocurrir que se caliente demasiado y ocurran serios problemas como por ejemplo reinicios espontáneos del sistema. Para evitar el calentamiento se utilizan disipadores de calor, que suelen usar un ventilador. El disipador extrae el calor de la CPU y el ventilador enfría el disipador.

4.       Arquitecturas de 32 y 64 bits.

Cuando se habla de arquitecturas de 32, 64 o 128 bits se hace referencia al ancho de los registros con los que trabaja la ALU o al ancho de los buses de datos o de direcciones, por tanto, la arquitectura de los ordenadores de 64 bits, tienen integrados registros de 64 bits y permite soportar datos de 64 bits.