Este documento presenta una introducción a la arquitectura y hardware de las computadoras, incluyendo una descripción de los componentes principales como la carcasa, fuente de alimentación, placa madre y puertos. Explica los diferentes formatos de placa madre como ATX, micro-ATX y ITX, e introduce conceptos como el factor de forma, IRQ y Plug and Play.

1. Curso intensivo de arquitectura y hardware de computadores
Presentado por León Arenas Rivera
Ing. Sistemas y Telecomunicaciones Universidad Católica de Pereira
Fundación centro de investigación
Docencia y consultoría Administrativa
Facultad Ntic’s e ingenierías

2. Arquitectura y ensamble. Cambiar componentes para
reparar o actualizar el PC
Identificación de elementos y partes de una computadora
CARCASA O CASE
La carcasa (o chasis) de un equipo es el esqueleto metálico que contiene los diferentes componentes internos. Las carcasas tienen
otros usos, tales como bloquear el ruido que produce el equipo y la protección contra la radiación electromagnética. Existen normas
que garantizan dicha protección de manera tal que se cumpla con las regulaciones existentes.
El factor de forma es el aspecto más importante al momento de elegir una carcasa: sus dimensiones, el número de ranuras para
unidades que posee, sus requisitos de alimentación, los conectores externos y por último, su diseño y color. Si bien todas las carcasas
de los primeros equipos eran similares, las carcasas de hoy tienen diferentes formas y las hay incluso transparentes, lo que le permite
a los usuarios "personalizar" sus equipos. Por ejemplo, pueden instalar luces de neón dentro de la carcasa (esto se denomina
modding").
Factor de forma
El factor de forma se refiere al formato de la ranura de la placa madre, los tipos de conectores utilizados y su disposición. Determina, a
su vez, el tipo de placa madre que puede utilizarse en la carcasa.
Conexiones
Por razones evidentes que incluyen la facilidad de uso, existen cada vez más carcasas con paneles de conectores laterales. Para que
funcionen, estos conectores deben estar conectados internamente a la placa madre.

4. FUENTE DE ALIMENTACIÓN O PODER
La mayoría de las carcasas tienen una fuente de alimentación. La fuente de alimentación
permite proveer corriente eléctrica a los distintos componentes del equipo.
En Colombia, las fuentes de alimentación proveen 115 V a 60 Hz, mientras que en Europa
la norma es 220 V a 50 Hz. Esta es la razón por la cual la mayoría de las
fuentes de alimentación poseen un interruptor que permite seleccionar el tipo de voltaje.
Es muy importante asegurarse de que el interruptor se encuentre en la posición correcta
del voltaje adecuado para que no haya riesgos de que se deterioren los
componentes del CPU. La fuente de alimentación debe tener suficiente corriente eléctrica
para poder alimentar todos los dispositivos del equipo, también se deberá
prestar especial atención a la cantidad de sonidos que produce la fuente de alimentación

5. INTRODUCCIÓN A LAS PLACAS MADRE O MOTHERBOARD
El primer componente de un computador es la placa madre (también denominada "placa base" o
Board). La placa madre es el concentrador que se utiliza para conectar todos los componentes
esenciales del computador. Como su nombre lo indica, la placa madre funciona como una placa
"materna", que toma la forma de un gran circuito impreso con conectores para tarjetas de expansión,
módulos de memoria, el procesador, etc.
Características
Existen muchas maneras de describir una placa madre, en especial las siguientes, el factor de forma, el
chipset, el tipo de socket para procesador utilizado, los conectores de entrada y salida.

6. Factor de forma de la placa madre
El término factor de forma (en inglés form
factor) normalmente se utiliza para hacer
referencia a la geometría, las dimensiones,
la disposición y los requisitos eléctricos de
la placa madre. Para fabricar placas
madres que se puedan utilizar en
diferentes carcasas de marcas diversas, se
han desarrollado algunos estándares:
AT miniatura/AT tamaño completo es un
formato que utilizaban los primeros
ordenadores con procesadores 386 y 486.
Este formato fue reemplazado por el
formato ATX,
cuya forma favorecía una mejor circulación
de aire y facilitaba a la vez el acceso a los
componentes.

7. ATX : El formato ATX es una actualización del AT miniatura. Estaba diseñado para mejorar la facilidad de uso. La unidad de
conexión de las placas madre ATX está diseñada para facilitar la conexión de periféricos (por ejemplo, los conectores IDE
están ubicados cerca de los discos). De esta manera, los componentes de la placa madre están dispuestos en paralelo. Esta
disposición garantiza una mejor refrigeración.
ATX estándar: Tradicionalmente, el formato del estándar ATX es de 305 x 244 mm. Incluye un conector AGP y 6 conectores
PCI.
micro-ATX: El formato microATX resulta una actualización de ATX, que posee las mismas ventajas en un formato más
pequeño (244 x 244 mm), a un menor costo. El Micro-ATX incluye un conector AGP y 3 conectores PCI.
Flex-ATX: FlexATX es una expansión del microATX, que ofrece a su vez una mayor flexibilidad para los fabricantes a la hora
de diseñar sus computadores. Incluye un conector AGP y 2 conectores PCI.
mini-ATX: El miniATX surge como una alternativa compacta al formato microATX (284 x 208 mm) e incluye a su vez, un
conector AGP y 4 conectoresPCI en lugar de los 3 del microATX. Fue diseñado principalmente para mini-PC (computadores
barebone).
BTX: El formato BTX (Tecnología Balanceada Extendida), respaldado por la marca Intel, es un formato diseñado para mejorar
tanto la disposición de componentes como la circulación de aire, la acústica y la disipación del calor. Los distintos conectores
(ranuras de memoria, ranuras de expansión) se hallan distribuidos en paralelo, en el sentido de la circulación del aire. De esta
manera, el microprocesador está ubicado al final de la carcasa, cerca de la entrada de aeración, donde el aire resulta más
fresco. El cable de alimentación del BTX es el mismo que el de la fuente de alimentación del ATX. El estándar BTX define tres
formatos: BTX estándar, con dimensiones estándar de 325 x 267 mm; micro-BTX, con dimensiones reducidas (264 x 267
mm); pico-BTX, con dimensiones extremadamente reducidas (203 x 267 mm).
ITX: el formato ITX (Tecnología de Información Extendida), respaldado por Via, es un formato muy compacto diseñado para
configuraciones en miniatura como lo son las mini-PC. Existen dos tipos de formatos ITX principales: mini-ITX, con
dimensiones pequeñas (170 x 170 mm) y una ranura PCI; nano-ITX, con dimensiones muy pequeñas (120 x 120 mm) y una
ranura miniPCI. Por esta razón, la elección de la placa madre y su factor de forma dependen de la elección de la carcasa.

9. Los puertos
Todo punto de contacto entre la motherboard y
un elemento externo a ella se considera un
puerto. En sistemas es común confundir el
término puerto con bus. Es menester aclarar
en aras del buen trato técnico, que el puerto
respecto del bus, es la TERMINACION del
mismo, o dicho en otras palabras: el conector
que le permite a un dispositivo conectarse a un
bus determinado. Los puertos transmiten
información a la velocidad del bus al que
pertenecen. Eso nos obliga a estudiar
realmente el bus para comprender la
tecnología en un determinado caso.
Actualmente existen puertos internos y
externos en los PC. Los puertos IDE (IDE0 e
IDE1) que constituyen un canal de
comunicación entre dispositivos IDE como
discos duros y unidades ópticas (CD-ROM,
DVD, CD-RW, etc.), son un ejemplo de puerto
interno. Otro ejemplo lo representa el puerto
AGP (slot para placas de video avanzado).
Por otra parte los puertos PS/2 (conexión para
mouse y teclados), USB (conexión para
impresoras, cámaras, escáneres, etc.), RJ45
(conexión de red), son ejemplos de puertos
externos.

10. IRQ y el estándar Plug and Play
Antes de la existencia de Windows 95, la instalación de los dispositivos en un PC requería definir manualmente y con exactitud
cual vector IRQ debería utilizar un dispositivo. Ello se hacía moviendo físicamente un jumper o puente plástico en un conjunto
de pines que se creaba para tal efecto, en la placa del dispositivo (como la de un modem, placa de sonido, etc.). En algunos
casos se definía con el programa de control suministrado por el fabricante del dispositivo. El objetivo era evitar que dos o mas
dispositivos utilizaran el mismo IRQ, para evitar conflictos de comunicación. La aparición de Windows 95 permitió automatizar
esta asignación, cuando presento su tecnología de software 'Plug and play'. En resumen consiste en dejar que Windows
designe el IRQ que debe utilizar cada dispositivo. Eso se puede ver en este sistema operativo entrando a la sección
'Administración de dispositivos' dentro del Panel de Control. El mensaje "Este dispositivo funciona correctamente (no tiene
conflictos) significa que Windows ha podido asignar correctamente el vector IRQ para el elemento en cuestión. Eso en
Windows. Pero en otros sistemas operativos muchos dispositivos deben instalarse con una escogencia programada de su IRQ
dada la complejidad de combinaciones posibles en sistemas grandes. El IRQ o Vector de interrupción. IRQ es el acrónimo de
'Interrupt ReQuest'. Todo dispositivo independiente en un PC tal como un disco duro, un mouse, un modem, un teclado, un CD-ROM,
una cámara de video, etc., utiliza un canal de comunicación única con el microprocesador. Para ello utiliza un canal
especifico conocido como IRQ. El total de canales IRQ existentes en los PCs modernos usualmente es de 16 (contados desde
el 00 al 16), suficientes para cubrir los elementos básicos de trabajo de la máquina. Pero en sistemas avanzados como
Pentium IV bajo sistemas operativos como XP el numero de IRQs pasa de 20. No debemos imaginar que todos los dispositivos
'conversan' simultáneamente con el Microprocesador, sino que este recibe un llamado cuando un dispositivo necesita de su
intervención. A este llamado se le ha dado el nombre de 'interrupción' porque el Microprocesador detiene parte de su actividad
para atender el llamado urgente del dispositivo IRQ y las direcciones de memoria. Cada IRQ ocupa un lugar en la memoria
principal. Por ejemplo la dirección 0278h es 'propiedad' del puerto paralelo o LPT1, utilizado para impresoras. Sumado a ello, el
vector necesita otro espacio para almacenar su programa de control (subprograma) del dispositivo. Así, cada vez que se inicia
un llamado de interrupción, el microprocesador mira la direccion del vector y seguidamente lee la direccion del subprograma
para ejecutarlo. Luego cada evento de interrupción deja en espera tareas que el procesador debe terminar. Con el fin de que
este pueda leer el orden en que se deben resolver las tareas atrasadas una vez atendida la interrupción, se crea un registro en
la memoria principal conocido como pila de resguardo o STACK. La importancia de disponer de bastante espacio en Ram
según esto, es critica: cuando la cantidad de interrupciones solicitadas es alta, la memoria puede coparse produciendo el
fenomeno de desbordamiento de pila (el PC se congela o bloquea).

12. Componentes Integrados
La placa madre contiene un cierto número de componentes integrados, lo que significa a su vez que
éstos se hallan integrados a su circuito impreso. De esta manera, las placas madre recientes incluyen,
por lo general, numerosos dispositivos multimedia y de red integrados que pueden ser desactivados si
es necesario:
tarjeta de red integrada
tarjeta gráfica integrada
tarjeta de sonido integrada
controladores de discos duros actualizados.
El chipset
Es un circuito electrónico cuya función consiste en
coordinar la transferencia de datos entre los distintos
componentes del computador (incluso el procesador y la
memoria). Teniendo en cuenta que el chipset está
integrado a la placa madre, resulta de suma importancia
elegir una placa madre que incluya un chipset reciente
para maximizar la capacidad de actualización del
computador.

13. Características del Chipset.
Las diferentes acciones que realiza un Chipset varían según el fabricante: control
para puertos USB, control de comunicación IDE- ATA, control de video integrado, soporte para comunicación hyper threading, soporte
para trabajo con procesadores de diferentes velocidades, rango y tipo de memoria Ram soportado, etc. Estas características deberían
analizarse a la hora de adquirir una Motherboard, sopesando las prestaciones sobre el precio.
La ventaja practica del Chipset es visible porque permite instalar por ejemplo con la misma Motherboard distintos microprocesadores y
cuando evita rutinas de verificación de compatibilidad entre componentes. Los fabricantes de motherboards usualmente colocan las
características de las motherboards (que a la larga vienen a ser las características del Chipset instalado en la placa base), en el
Manual técnico de la misma. estas se sintetizan en: tipos de procesadores soportados, tipo y rango de memoria Ram, soporte para bus
IDE, soporte USB, soporte grafico, etc.
Cuando se trata de diseñar un sistema propio, como por ejemplo el caso de un servidor, es vital el buscar una motherboard dotada con
un Chipset capaz de coordinar las funciones a que va a ser destinado dicho equipo, para evitar después inconvenientes como por
ejemplo el no poder adicionar al equipo un tipo de disco duro (especial) o una placa graficadora potente (como para el diseño 3D).
La información detallada sobre el trabajo de los chipsets - muy necesaria para los integradores de sistemas y programadores - se
obtiene de los sitios web de sus fabricantes ( Intel, Asus, PC Chips, AsRock, etc.), quienes suministran completos manuales de sus
productos (la mayoría en idioma inglés).

14. El reloj y la pila CMOS
El reloj en tiempo real (o RTC) es un circuito cuya función es la de sincronizar las señales del sistema. Está constituido por un cristal
que, cuando vibra, emite pulsos (denominados pulsos de temporizador) para mantener los elementos del sistema funcionando al
mismo tiempo. La frecuencia del temporizador (expresada en MHz) no es más que el número de veces que el cristal vibra por
segundo, es decir, el número de pulsos de temporizador por segundo. Cuanto más alta sea la frecuencia, mayor será la cantidad de
información que el sistema pueda procesar. Cuando se apaga el computador, la fuente de alimentación deja inmediatamente de
proporcionar electricidad a la placa madre. Al encender nuevamente el computador, el sistema continúa en hora. Un circuito
electrónico denominado CMOS (Semiconductor de óxido metálico complementario), también llamado BIOS CMOS, conserva
algunos datos del sistema, como la hora, la fecha del sistema y algunas configuraciones esenciales del sistema. El CMOS se
alimenta de manera continua gracias a una pila (pila tipo botón) o bien a una pila ubicada en la placa madre. La información sobre el
hardware en el computador (como el número de pistas o sectores en cada disco duro) se almacena directamente en el CMOS.
Como el CMOS es un tipo de almacenamiento lento, en algunos casos, ciertos sistemas suelen proceder al copiado del contenido
del CMOS en la memoria RAM (almacenamiento rápido); el término "memoria shadow" se utiliza para describir este proceso de
copiado de información en la memoria RAM. El CMOS permite la ejecución de numerosos canales complementarios en un solo chip.
A diferencia de TTL o TTLS, el CMOS es mucho más lento, pero reduce notoriamente el consumo de energía; esta es la razón por la
que se utiliza como reloj de computadores alimentados a pilas. A veces, el término CMOS se utiliza erróneamente para hacer
referencia a los relojes de computadores. Cuando la hora del computador se reinicia de manera continua o si el reloj se atrasa,
generalmente sólo debe cambiarse la pila.