Placa madre

Las placas base se fabrican en una variedad de tamaños y formas, denominadas factores de forma , algunos de los cuales son específicos de cada fabricante de ordenadores. Sin embargo, las placas base utilizadas en los sistemas compatibles con IBM están diseñadas para adaptarse a diversos tamaños de carcasa . A partir de 2024La mayoría de las placas base de ordenadores de sobremesa utilizan el formato estándar ATX , incluso las de los ordenadores Macintosh y Sun , que no se fabrican con componentes estándar. El formato de la placa base y la fuente de alimentación (PSU) de la carcasa deben coincidir, aunque algunas placas base de formato más pequeño de la misma familia pueden encajar en carcasas más grandes. Por ejemplo, una carcasa ATX suele admitir una placa base microATX . Los ordenadores portátiles suelen utilizar placas base altamente integradas, miniaturizadas y personalizadas. Esta es una de las razones por las que los portátiles son difíciles de actualizar y caros de reparar. A menudo, el fallo de un componente del portátil requiere la sustitución de toda la placa base, lo que suele ser más caro que la de un ordenador de sobremesa.

Un zócalo o ranura para CPU (unidad central de procesamiento) es un componente eléctrico que se conecta a una placa de circuito impreso (PCB) y está diseñado para alojar una CPU (también llamada microprocesador). Es un tipo especial de zócalo para circuitos integrados diseñado para un número muy elevado de pines. Un zócalo para CPU cumple diversas funciones, como proporcionar soporte físico para la CPU, soporte para un disipador de calor, facilitar el reemplazo (y reducir costos) y, lo más importante, formar una interfaz eléctrica tanto con la CPU como con la PCB. Los zócalos para CPU en la placa base se encuentran con mayor frecuencia en la mayoría de las computadoras de escritorio y servidores (las computadoras portátiles suelen usar CPU de montaje superficial), especialmente aquellas basadas en la arquitectura Intel x86 . El tipo de zócalo para CPU y el chipset de la placa base deben ser compatibles con la serie y la velocidad de la CPU.

Gracias a 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 varias funciones en una sola 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 formato pequeño y económicas. Los periféricos integrados también se conocen como dispositivos integrados en la placa .

• Controladores de disco para unidades SATA y unidades PATA históricas.
• Controlador de disquete histórico
• Controlador gráfico integrado compatible con gráficos 2D y 3D , con salidas VGA , DVI , HDMI , DisplayPort y TV .
• Tarjeta de sonido integrada compatible con audio de 8 canales (7.1) y salida S/PDIF.
• Controlador de red Ethernet para conexión a una LAN y para recibir Internet
• controlador USB
• controlador de interfaz de red inalámbrica
• controlador Bluetooth
• Sensores de temperatura, voltaje y velocidad del ventilador que permiten al software monitorizar el estado de los componentes del ordenador.
• Otros dispositivos integrados, como el PMIC

Una placa base típica tendrá un número diferente de ranuras, dependiendo de su estándar y factor de forma .

Muchas placas base cuentan con dos o más ranuras PCI Express (PCIe) x16, lo que permite la compatibilidad con varias tarjetas gráficas o la conexión directa de varios monitores sin necesidad de hardware especializado. Algunos modelos de gama alta admiten tecnologías multi-GPU como Sli ( Scalable Link Interface ) de Nvidia y CrossFire (antes ATI CrossFire) de AMD , que permiten que de dos a cuatro tarjetas gráficas funcionen en paralelo, mejorando el rendimiento en aplicaciones con uso intensivo de gráficos, como videojuegos y edición de vídeo. Sin embargo, dado que los juegos y las API modernas favorecen cada vez más las GPU potentes individuales, y que tanto Nvidia como AMD han dejado de ofrecer soporte activo para estas tecnologías, las configuraciones multi-GPU son ahora menos comunes.

Las placas base modernas también incluyen ranuras PCIe x1 y, posiblemente, ranuras PCI antiguas para otros periféricos.

Una placa base ATX estándar y moderna suele tener dos o tres ranuras PCIe x16 para tarjetas gráficas, una o dos ranuras PCI tradicionales para tarjetas de expansión y una o dos ranuras PCIe x1. Una placa base EATX estándar tiene de dos a cuatro ranuras PCIe x16 para tarjetas gráficas y un número variable de ranuras PCI y PCIe x1. En ocasiones, también puede incluir una ranura PCIe x4 (aunque esto varía según la marca y el modelo).

Las placas base modernas suelen incluir una o más ranuras M.2 ; algunos modelos de gama alta ofrecen hasta cuatro. Estas ranuras admiten diversos dispositivos, como unidades de estado sólido (SSD) NVMe , SSD M.2 SATA y controladores de interfaz de red inalámbrica (como módulos Wi-Fi y Bluetooth). M.2 proporciona una interfaz compacta y de alta velocidad que utiliza el bus PCIe o SATA, según la configuración.

Las placas base generalmente se enfrían por aire , con disipadores de calor a menudo montados en chips más grandes en las placas base modernas. ^{[ 11 ]} Una refrigeración insuficiente o inadecuada puede causar daños a los componentes internos de la computadora, o incluso provocar que se bloquee . La refrigeración pasiva , o un solo ventilador montado en la fuente de alimentación , fue suficiente para muchas CPU de computadoras de escritorio hasta finales de la década de 1990; desde entonces, la mayoría ha requerido ventiladores de CPU montados en disipadores de calor , debido al aumento de las velocidades de reloj y el consumo de energía. La mayoría de las placas base tienen conectores para ventiladores adicionales de la computadora y sensores de temperatura integrados para detectar las temperaturas de la placa base y la CPU, y conectores de ventilador controlables que la BIOS o el sistema operativo pueden usar para regular la velocidad del ventilador. Alternativamente, las computadoras pueden usar un sistema de refrigeración líquida en lugar de muchos ventiladores.

Algunos ordenadores compactos y PC para cine en casa, diseñados para un funcionamiento silencioso y de bajo consumo, cuentan con diseños sin ventilador. Esto suele requerir el uso de una CPU de bajo consumo, así como una cuidadosa disposición de la placa base y otros componentes para permitir la colocación del disipador de calor.

Un estudio de 2003 encontró que algunos fallos informáticos espurios y problemas generales de fiabilidad, 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 en las placas base de los PC. ^{[ 12 ]} En última instancia, se demostró que esto era el resultado de una formulación defectuosa del electrolito, ^{[ 13 ]} un problema denominado plaga de condensadores .

Las placas base modernas utilizan condensadores electrolíticos para filtrar la corriente continua 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, posteriormente, fallos de funcionamiento de la placa base debido a inestabilidades de voltaje . Si bien la mayoría de los condensadores están clasificados para 2000 horas de funcionamiento a 105 °C (221 °F) , ^{[ 14 ]} su vida útil de diseño 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 suministran condensadores de calidad inferior, ^{[ 15 ]} lo que reduce significativamente la esperanza de vida. Una refrigeración inadecuada de la carcasa y las temperaturas elevadas alrededor del zócalo de la CPU agravan este problema. Con ventiladores superiores, los componentes de la placa base se pueden mantener por debajo de 95 °C (203 °F) , duplicando efectivamente la vida útil de la placa base.        

Por otro lado, las placas base de gama media y alta utilizan exclusivamente condensadores sólidos . Por cada 10  °C menos, su vida útil promedio se multiplica aproximadamente por tres, lo que resulta en una expectativa de vida útil 6 veces mayor a 65 °C (149 °F) . ^{[ 16 ]} Estos condensadores pueden tener una vida útil nominal de 5000, 10000 o 12000 horas de funcionamiento a 105 °C (221 °F) , lo que extiende la vida útil proyectada en comparación con los condensadores sólidos estándar.    

En los ordenadores de sobremesa y portátiles, las soluciones de refrigeración y monitorización de la placa base suelen basarse en un chip de E/S avanzado o en un controlador integrado .

En los primeros microordenadores, como el Apple II y el IBM Personal Computer , el firmware se almacenaba en chips ROM montados en zócalos en la placa base. Al encenderse, la unidad central de procesamiento (CPU) cargaba su contador de programa con la dirección de la ROM de arranque y comenzaba a ejecutar las instrucciones. Estas instrucciones realizaban una autocomprobación de encendido (POST), inicializaban los componentes de hardware, mostraban información del sistema, verificaban la memoria de acceso aleatorio (RAM) e intentaban localizar y cargar un sistema operativo desde un dispositivo periférico de arranque. Si no se encontraba dicho dispositivo, el sistema ejecutaba software integrado desde la ROM, como Cassette BASIC (conocido comúnmente como ROM BASIC), o mostraba un mensaje de error, según el modelo. Por ejemplo, tanto el Apple II como el IBM PC original iniciaban su intérprete BASIC integrado cuando no había ningún disco de arranque.

El firmware de arranque en los diseños modernos de placas base compatibles con IBM PC contiene una BIOS , como la ROM de arranque del IBM PC original, o UEFI . UEFI es un sucesor de la BIOS que se popularizó después de que Microsoft comenzara a exigirlo para que un sistema estuviera certificado para ejecutar Windows 8. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

Cuando se enciende el ordenador, el firmware de arranque prueba y configura la memoria, los circuitos y los periféricos. Esta autoprueba de encendido (POST) puede incluir la comprobación de algunos de los siguientes elementos:

• Tarjeta de video
• Tarjetas de expansión insertadas en ranuras, como PCI convencional y PCI Express.
• Unidad de disquete histórica
• Temperaturas , voltajes y velocidades de ventilador para la monitorización del hardware.
• Memoria CMOS utilizada para almacenar la configuración del BIOS.
• Teclado y ratón
• Tarjeta de sonido
• Adaptador de red
• Unidades ópticas: CD-ROM o DVD-ROM
• Disco duro y unidad de estado sólido
• Dispositivos de seguridad, como un lector de huellas dactilares.
• Dispositivos USB , como un dispositivo de almacenamiento masivo USB.

En los sistemas embebidos, se puede utilizar un firmware de arranque más simple, como Das U-Boot , en la placa base. ^{[ 20 ]}