Microprocesador: El microprocesador (o simplemente procesador) es el circuito integrado central y más complejo de un sistema informático; a modo de ilustración, se le suele asociar por analogía como el «cerebro» de un computador. Es un circuito integrado constituido por millones de componentes electrónicos. Constituye la unidad central de procesamiento (CPU) de un PC catalogado como microcomputador.
Es el encargado de ejecutar los programas; desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria.
Arquitectura:
El microprocesador tiene una arquitectura parecida a la computadora digital. En otras palabras, el microprocesador es como la computadora digital porque ambos realizan cálculos bajo un programa de control. Consiguientemente, la historia de la computadora digital ayuda a entender el microprocesador. El hizo posible la fabricación de potentes calculadoras y de muchos otros productos. El microprocesador utiliza el mismo tipo de lógica que es usado en la unidad procesadora central (CPU) de una computadora digital. El microprocesador es algunas veces llamado unidad microprocesador (MPU). En otras palabras, el microprocesador es una unidad procesadora de datos. En un microprocesador se puede diferenciar diversas partes:
Ø Encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en si, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo, por oxidación por el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplaran a su zócalo a su placa base.
Ø Memoria cache: es una memoria ultrarrápida que emplea el micro para tener a alcance directo ciertos datos que «predeciblemente» serán utilizados en las siguientes operaciones, sin tener que acudir a la memoria RAM, reduciendo así el tiempo de espera para adquisición de datos. Todos los micros compatibles con PC poseen la llamada cache interna de primer nivel o L1; es decir, la que está dentro del micro, encapsulada junto a él. Los micros más modernos (Pentium III Coppermine, Athlon Thunderbird, etc.) incluyen también en su interior otro nivel de caché, más grande, aunque algo menos rápida, es la caché de segundo nivel o L2 e incluso los hay con memoria caché de nivel 3, o L3.
Ø Coprocesador matemático: unidad de coma flotante. Es la parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos, antiguamente estaba en el exterior del procesador en otro chip. Esta parte esta considerada como una parte «lógica» junto con los registros, la unidad de control, memoria y bus de datos.
Ø Registros: son básicamente un tipo de memoria pequeña con fines especiales que el micro tiene disponible para algunos usos particulares. Hay varios grupos de registros en cada procesador. Un grupo de registros esta diseñado para control del programador y hay otros que no son diseñados para ser controlados por el procesador pero que la CPU los utiliza en algunas operaciones, en total son treinta y dos registros.
Ø Memoria: es el lugar donde el procesador encuentra las instrucciones de los programas y sus datos. Tanto los datos como las instrucciones están almacenados en memoria, y el procesador las accede desde allí. La memoria es una parte interna de la computadora y su función esencial es proporcionar un espacio de almacenamiento para el trabajo en curso.
Ø Puertos: es la manera en que el procesador se comunica con el mundo externo. Un puerto es análogo a una línea de teléfono. Cualquier parte de la circuitería de la computadora con la cual el procesador necesita comunicarse, tiene asignado un «número de puerto» que el procesador utiliza como si fuera un número de teléfono para llamar circuitos o a partes especiales.
Generaciones:
Ø El primer microprocesador fue el Intel 4004,1 producido en 1971. Se desarrolló originalmente para una calculadora, y resultó revolucionario para su época. Contenía 2.300 transistores, era un microprocesador de arquitectura de 4 bits que podía realizar hasta 60.000 operaciones por segundo, trabajando a una frecuencia de reloj de alrededor de 700KHz.
Ø El primer microprocesador de 8 bits fue el Intel 8008, desarrollado a mediados de 1972 para su uso en terminales informáticos. El Intel 8008 integraba 3300 transistores y podía procesar a frecuencias máximas de 800Khz.
Ø El primer microprocesador realmente diseñado para uso general, desarrollado en 1974, fue el Intel 8080 de 8 bits, que contenía 4500 transistores y podía ejecutar 200.000 instrucciones por segundo trabajando a alrededor de 2MHz.
Ø Los primeros microprocesadores de 16 bits fueron el 8086 y el 8088, ambos de Intel. Fueron el inicio y los primeros miembros de la popular arquitectura x86, actualmente usada en la mayoría de los computadores. El chip 8086 fue introducido al mercado en el verano de 1978, en tanto que el 8088 fue lanzado en 1979. Llegaron a operar a frecuencias mayores de 4Mhz.
Ø El microprocesador elegido para equipar al IBM Personal Computer/AT, que causó que fuera el más empleado en los PC-AT compatibles entre mediados y finales de los años 80 fue el Intel 80286 (también conocido simplemente como 286); es un microprocesador de 16 bits, de la familia x86, que fue lanzado al mercado en 1982. Contaba con 134.000 transistores. Las versiones finales alcanzaron velocidades de hasta 25 MHz.
Ø Uno de los primeros procesadores de arquitectura de 32 bits fue el 80386 de Intel, fabricado a mediados y fines de la década de 1980; en sus diferentes versiones llegó a trabajar a frecuencias del orden de los 40Mhz.
Ø El microprocesador DEC Alpha se lanzó al mercado en 1992, corriendo a 200 MHz en su primera versión, en tanto que el Intel Pentium surgió en 1993 con una frecuencia de trabajo de 66Mhz. El procesador Alpha, de tecnología RISC y arquitectura de 64 bits, marcó un hito, declarándose como el más rápido del mundo, en su época. Llegó a 1Ghz de frecuencia hacia el año 2001. Irónicamente, a mediados del 2003, cuando se pensaba quitarlo de circulación, el Alpha aun encabezaba la lista de los microprocesadores más rápidos de Estados Unidos.2
Ø Los microprocesadores modernos tienen una capacidad y velocidad mucho mayores, trabajan en arquitecturas de 64 bits, integran más de 700 millones de transistores, como es en el caso de las serie Core i7, y pueden operar a frecuencias normales algo superiores a los 3GHz (3000MHz).
| Items | 80286 | 80386SX | 80386DX |
| Registros | 16 bits | 32 bits | 32 bits |
| Buses internos | 16 bits | 16 bits | 32 bits |
| Bus de datos | 16 bits | 16 bits | 32 bits |
| Memoria principal | < 16 Mbytes | < 4 Gbytes | < 4 Gbytes |
| Memoria virtual | < 1 Gbyte | < 64 Tbytes | < 64 Tbytes |
Encapsulados: La comunicación de un microprocesador con el exterior, esto es, con la memoria principal y con las unidades de control de los periféricos, se realiza mediante señales de información y señales de control que son enviadas a través del patillaje del microprocesador. Posteriormente, estas señales viajarán por el bus del sistema que comunica al procesador con los demás componentes situados en la placa base, pasando a continuación al bus de E/S hasta llegar al periférico correspondiente. El número y tamaño de las patillas ha ido variando con el tiempo según las necesidades y las tecnologías utilizadas.
Para comunicarse con el resto del sistema informático el procesador utiliza las líneas de comunicación a través de sus patillas. Se define como encapsulado la forma en que se empaqueta la oblea de silicio para efectuar su conexión con el sistema.
Encapsulados más importantes:
Ø DIP (Dual in-line package).
Ø PGA (Pin grid array).
Ø QFP (Quad Flat Package).
Ø LQFP (Low-profile Quad Flat Package).
Ø PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier).
Sistema de refrigeration
La refrigeración del PC es muy importante, ya sea en el caso de un PC portátil o de sobremesa. Si pensamos hacerle overclocking, o queremos un equipo más silencioso, o cuando el sistema de refrigeración de origen ya no nos satisface, entonces es el momento de cambiar los ventiladores y disipadores, de acuerdo a nuestro presupuesto y a nuestras expectativas. Existen muchas opciones, pero los productos más caros no son necesariamente los mejores. Por lo tanto en este artículo veremos los diferentes sistemas de refrigeración y su interés.
Un sistema de refrigeración por aire activa está compuesto de:
Ø Un disipador
Ø Un ventilador
En este sistema de refrigeración, el ventilador situado sobre el disipador evacuará el calor transmitido por el disipador y lo expulsará. El disipador consta de conductos con alta conductividad térmica (o Heatpipes). También existen disipadores que emplean un metal liquido (al interior de los heatpipes), el cual es movido por una bomba electromagnética y ofrece un buen rendimiento pero a un precio aun elevado. La única compañía que fabrica estos productos es Danamics.
La refrigeración por aire “pasiva”
El sistema de refrigeración por aire “pasiva” únicamente esta compuesto de un disipador, idéntico al que acabamos de ver. La ventaja de este sistema es que es totalmente silencioso.
La refrigeración liquida “pasiva”
La refrigeración liquida (o watercooling) pasiva utiliza la conductividad natural del material de que están hechos los disipadores (que reciben el agua que ha sido calentado por los diferentes componentes en el circuito del watercooling). Que yo conozca el único fabricante de watercooling pasivo es Zalman. La ventaja de este sistema es que es silencioso. El ruido podría ser causado por la bomba, pero los fabricantes teniendo en cuenta esto fabrican bombas silenciosas.
La refrigeración liquida “activa”
La refrigeración liquida “activa” es construida del mismo modo que la anterior, pero el calor almacenado por el disipador es expulsado directamente por los ventiladores situados sobre estos disipadores permitiendo alcanzar un delta muy cercano a cero (delta °C= temperatura del componente – temperatura ambiente). Este sistema es muy utilizado para el overclocking cuando se desea alcanzar mayores rendimientos y puede hacerse silencioso eligiendo correctamente los componentes.
Existen dos sistemas, el sistema de altas perdidas de carga y el de bajas perdidas de carga. Se recomienda para un sistema del primer tipo (los waterblock son los que determinarán si el sistema es del primer tipo o del segundo) una bomba que posea una columna de agua elevada (a qué altura puede hacer subir el liquido la bomba) y para un sistema del segundo tipo una bomba con un caudal elevado. En los dos casos de preferencia utilizar un líquido llamado “dieléctrico” (de conductividad nula) como el Feser F1 para evitar, en caso de fuga, dañar los componentes.
Instalacion del microprocesador:
Uno de los componentes más complicados y delicados de instalar es el microprocesador, el mismo conlleva una serie de pasos a seguir muy específicos. La paciencia es un factor decisivo en esta tarea ya que necesitaremos armarnos de paciencia para que las cosas salgan bien.
Tenemos 2 caminos para instalar el microprocesador, los 2 no son muy diferentes uno del otro, si no que la instalación de su disipación en si es diferente. Los dos caminos son Intel y AMD, pioneros en microprocesadores de escritorio.
Herramientas y artefactos necesarios:
Ø Necesitaremos un destornillador de punta plana
Ø Un pañuelo
Ø Destornillador de cuatro puntas (Tipo Phillips)
Ø Pasta térmica para la disipación del microprocesador
Todo procesador posee su disipador, podremos instalar otro disipador que tenga mayor rendimiento pero por el momento solo haremos esta guía para instalar el microprocesador con su respectivo disipador de fábrica.
Pasos a seguir para instalar un microprocesador:
Ø Primero tendremos que insertar el microprocesador en el motherboard, para ello verificaremos la posición de las patitas de nuestro chip y el slot del motherboard para que el mismo encaje de forma suave y perfecta (En el manual de la placa base o del microprocesador suele incluirse una imagen que indica como colocarlo). De ninguna manera forzar el microprocesador ya que si se doblan algunas de sus patitas (conectores) este no funcionara jamás.
Ø Colocar un poco de pasta térmica en el procesador (no tiene que cubrir todo el procesador) solo un poco es suficiente. Para darse una idea, una pequeña película del espesor de una hoja de cartulina es suficiente.
Ø Apoyar el disipador arriba del microchip y enganchar los soportes en el mother
Ø Atornillar y sujetar de forma firme el Disipador
La única diferencia entre AMD e Intel es la forma de su disipador, una es redonda y otra es cuadrada es por eso que la instalación del microprocesador es diferente, solo tendremos que sujetar de forma diferente el disipador de cada uno.
Partes de un microprocesador
Un Microprocesador lo podemos dividir en barias partes
Ø El encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en si, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo por oxidación con el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplaran a su zócalo o a la placa base.
Ø La memoria caché: una memoria ultrarrápida que emplea el micro para tener a mano ciertos datos que previsiblemente serán utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM, reduciendo el tiempo de espera.
Ø Todos los micros compatibles PC¨ desde el 486 poseen al menos la llamada caché interna de primer nivel o L1; es decir, la que esta mas cerca del micro, tanto que esta encapsulada junto a él. Los micros mas modernos incluyen también en su interior otro nivel de cache, mas grande aunque algo menos rápida, la cache de segundo nivel o L2.
Ø El coprocesador matemático: o, mas correctamente, la FPU (unidad de coma flotante). Parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos; antiguamente estaba en el exterior del micro, en otro chip.
La unidad de control:
La unidad de control de un microprocesador es un circuito lógico que, como su nombre lo indica, controla la operación del microprocesador entero. En cierto modo, es el “cerebro dentro del cerebro”, ya que controla lo que pasa dentro del procesador, y el procesador a su vez controla el resto de la PC. Diferente a los circuitos integrados más comunes, cuyas funciones son fijadas por su diseño de hardware, la unidad de control es más flexible. La unidad de control sigue las instrucciones contenidas en un programa externo y le dice a la ALU qué hacer. La unidad de control recibe instrucciones de la BIU, las traduce a una forma que puedan ser entendidas por la ALU, y mantiene un control sobre la instrucción del programa que se está ejecutando.
Las funciones realizadas por la unidad de control varían con la arquitectura interna del CPU, puesto que la unidad de control realmente es la que implementa la arquitectura.
En un procesador regular que ejecuta instrucciones nativas x86, la unidad del control realiza las tareas de traer instrucción, decodificarla, controlar la ejecución de ésta y almacenar el resultado obtenido.
En un procesador con un núcleo RISC, la unidad de control realiza significativamente más trabajo.
Gestiona la traducción de las instrucciones x86 a microinstrucciones RISC, controla la planificación de las micro-instrucciones hacia las varias unidades de la ejecución, y controla la salida de estas unidades para asegurarse que los resultados sean transferidos al lugar apropiado. En algunos de estos procesadores con núcleo RISC, la unidad de control puede ser dividida en otras unidades (como en una unidad de planificación para ocuparse de la planificación y una unidad de retiro para tratar con resultados que vienen de los canales) debido a la complejidad del trabajo que se debe realizar.
Para mayores detalles de lo que realiza la unidad de control, ver los pasos de ejecución de una instrucción.
Unidad aritmética y lógica:
La unidad aritmética y lógica maneja toda la toma de decisiones (los cálculos matemáticos y las funciones lógicas) que es realizada por el microprocesador.
La unidad toma las instrucciones decodificadas por la unidad de control y las envía hacia fuera directamente o ejecuta el micro código apropiado para modificar los datos contenidos en sus registros. Los resultados son enviados al exterior a través de la BIU (o unidad de E/S) del microprocesador.
El ALU también es llamada Unidad de Ejecución Entera en cuanto al manejo de las operaciones aritméticas; la mayoría del trabajo hecho en la PC se hace con información entera, es decir, números enteros y datos que se representan con números enteros (datos discretos).
Los enteros incluyen los números enteros regulares, caracteres y otros datos discretos similares. Se le llaman números no-enteros a los números de "punto flotante" (datos continuos).
Este tipo de datos son manejados de forma diferente utilizando una unidad dedicada llamada unidad del punto flotante o FPU (Floating Poit Unit).
La FPU maneja operaciones avanzadas de las matemáticas (tales como funciones trigonométricas y trascendentales) con mayor precisión. Los primeros microprocesadores de Intel podían agregar una unidad de punto flotante como un chip opcional por separado a veces llamado un coprocesador matemático.
Incluso los chips equipados solamente con las unidades de ejecución entera, pueden realizar operaciones matemáticas avanzadas con programas avanzados que solucionaban los problemas al dividirlos en pasos simples de números discretos. El uso de la unidad de punto flotante separada, se dedicaba a instrucciones de funciones avanzadas y realizaban las operaciones más rápidamente.
La ALU es donde (finalmente) las instrucciones se ejecutan y el trabajo es realizado. Los procesadores más viejos tienen una sola unidad de éstas, y las instrucciones son procesadas secuencialmente.
Los procesadores actuales utilizan varias ALU (o unidades de ejecución entera), permitiendo que más de una instrucción pueda ser ejecutada simultáneamente, lo que incrementa el desempeño y rendimiento.
Los procesadores que hacen esto son llamados procesadores superescalares. Los procesadores más avanzados pueden tener algunas unidades de ejecución, dedicadas diseñadas sólo para ejecutar ciertos tipos de instrucciones.
Esto es especialmente utilizado en los procesadores que utilizan la emulación x86 con un núcleo RISC.
Bus de direcciones:
El bus de direcciones es un canal del microprocesador totalmente independiente del bus de datos donde se establece la dirección de memoria del dato en tránsito.
El bus de dirección consiste en el conjunto de líneas eléctricas necesarias para establecer una dirección. La capacidad de la memoria que se puede direccionar depende de la cantidad de bits que conforman el bus de direcciones, siendo 2n(dos elevado a la ene) el tamaño máximo en bytes del banco de memoria que se podrá direccionar con n líneas. Por ejemplo, para direccionar una memoria de 256 bytes, son necesarias al menos 8 líneas, pues 28 = 256. Adicionalmente pueden ser necesarias líneas de control para señalar cuando la dirección está disponible en el bus. Esto depende del diseño del
Bus de datos:
El Bus de Datos trabaja en conjunción con el Bus de Direcciones para transportar los datos a través del computador. El tamaño del Bus de Datos puede ser de 16, 32 o 64 bits.
Teniendo en cuenta las mencionadas limitaciones del bus AT y la infalibilidad de los buses EISA y MCA para asentarse en el mercado, en estos años se han ideado otros conceptos de bus. Se inició con el llamado Vesa Local Bus (VL-Bus), que fue concebido y propagado independientemente por el comité VESA, que se propuso el definir estándares en el ámbito de las tarjetas gráficas y así por primera vez y realmente tuviera poco que ver con el diseño del bus del PC. Fueron y son todavía las tarjetas gráficas quienes sufren la menor velocidad del bus AT. Por eso surgió, en el Comité VESA, la propuesta para un bus más rápido que fue el VESA Local Bus.
Buses de control:
El bus de control gobierna el uso y acceso a las líneas de datos y de direcciones. Como éstas líneas están compartidas por todos los componentes, tiene que proveerse de determinados mecanismos que controlen su utilización. Las señales de control transmiten tanto órdenes como información de temporización entre los módulos. Mejor dicho, es el que permite que no haya colisión de información en el sistema.
No hay comentarios:
Publicar un comentario