LA BIBLIA DEL HARDWARE (Tocho)

Microprocesador




El microprocesador, micro o "unidad central de procesamiento", CPU[1] , es un chip que sirve como cerebro del ordenador. En el interior de este componente electrónico existen millones de transistores integrados.

Suelen tener forma de prisma chato , y se instalan sobre un elemento llamado zócalo[2]). También, en modelos antiguos solía soldarse directamente a la placa madre, y en modelos recientes el microprocesador se incluye en un cartucho especial que se inserta en el zócalo y que suele incluir la conexión con un ventilador de enfriamiento.

El microprocesador está compuesto por: registros, la Unidad de control, la Unidad aritmético-lógica, y dependiendo del procesador, una unidad en coma flotante.

Cada fabricante de microprocesadores tendrá sus propias familias de estos, y cada familia su propio conjunto de instrucciones. De hecho, cada modelo concreto tendrá su propio conjunto, ya que en cada modelo se tiende a aumentar el conjunto de las instrucciones que tuviera el modelo anterior.

Principales parámetros

Los principales parámetros característicos de un microprocesador son su ancho de bus (medido en bits), la frecuencia de reloj a la que trabajan (medida en hercios), y el tamaño de memoria caché (medido en kilobytes).

Generalmente, el microprocesador tiene circuitos de almacenamiento (o memoria caché) y puertos de entrada/salida en el mismo circuito integrado. Existen dos tipos de memoria caché cuyo funcionamiento es análogo:

* L1 o interna (situada dentro del propio procesador y por tanto de acceso aún más rápido). La caché de primer nivel contiene muy pocos kilobytes (unos 32 ó 64 Kb).
* L2 o externa (situada entre el procesador y la RAM). Los tamaños típicos de la memoria caché L2 oscilan en la actualidad entre 256 kb y 4 Mb. La memoria caché L2 es ligeramente más lenta y con más latencias que la L1, pero es más barata y de mayor cantidad de datos. En los primeros microprocesadores, sólo la memoria caché L1 estaba integrada en el CPU, la caché L2 estaba en la placa madre, pero actualmente todos los procesadores tienen la memoria caché L2 integrada dentro de él mismo.


Funcionamiento

El microprocesador secciona en varias fases de ejecución la realización de cada instrucción:

* Fetch, lectura de la instrucción desde la memoria principal,
* Decodificación de la instrucción, es decir, determinar qué instrucción es y por tanto qué se debe hacer,
* Fetch de los datos necesarios para la realización de la operación,
* Ejecución,
* Escritura de los resultados en la memoria principal o en los registros.

Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU, dependiendo de la estructura del procesador, y concretamente de su grado de supersegmentación. La duración de estos ciclos viene determinada por la frecuencia de reloj, y nunca podrá ser inferior al tiempo requerido para realizar la tarea individual (realizada en un solo ciclo) de mayor coste temporal. El microprocesador dispone de un oscilador de cuarzo capaz de generar pulsos a un ritmo constante, de modo que genera varios ciclos (o pulsos) en un segundo.

Velocidad

Actualmente se habla de frecuencias de Megaherzios (MHz) o de Gigaherzios (GHz), lo que supone millones o miles de millones, respectivamente, de ciclos por segundo. El indicador de la frecuencia de un microprocesador es un buen referente de la velocidad de proceso del mismo, pero no el único. La cantidad de instrucciones necesarias para llevar a cabo una tarea concreta, así como la cantidad de instrucciones ejecutadas por ciclo ICP son los otros dos factores que determinan la velocidad de la CPU. La cantidad de instrucciones necesarias para realizar una tarea depende directamente del juego de instrucciones disponible, mientras que el ICP depende de varios factores, como el grado de supersegmentación y la cantidad de unidades de proceso o "pipelines" disponibles entre otros

Bus de datos

Los modelos de la familia x86 (a partir del 386) trabajan con datos de 32 bits, al igual que muchos otros modelos de la actualidad. Pero los microprocesadores de las tarjetas gráficas, que tienen un mayor volumen de procesamiento por segundo, se ven obligados a aumentar este tamaño, y así tenemos hoy en día microprocesadores gráficos que trabajan con datos de 128 ó 256 bits. Estos dos tipos de microprocesadores no son comparables, ya que ni su juego de instrucciones ni su tamaño de datos son parecidos y por tanto el rendimiento de ambos no es comparable en el mismo ámbito.

La arquitectura x86 se ha ido ampliando a lo largo del tiempo a través de conjuntos de operaciones especializadas denominadas "extensiones", las cuales han permitido mejoras en el procesamiento de tipos de información específica. Este es el caso de las extensiones MMX y SSE de Intel, y sus contrapartes, las extensiones 3DNow!, de AMD. A partir de 2003, el procesamiento de 64 bits fue incorporado en los procesadores de arquitectura x86 a través de la extensión AMD64 y posteriormente con la extensión EM64T en los procesadores AMD e Intel, respectivamente.

Zócalos

El zócalo es una matriz de pequeños agujeros ubicados en una placa base donde encajan, sin dificultad, los pines de un microprocesador Esta matriz permite la conexión entre el microprocesador y el resto del equipo. En los primeros ordenadores personales el microprocesador venía directamente soldado a la placa base, pero la aparición de una amplia gama de microprocesadores llevó a la creación del zócalo.

En general cada familia de microprocesadores requiere un tipo distinto de zócalo, ya que existen diferencias en el número de pines, su disposición geométrica y la interconexión requerida con los componentes de la placa base. Por tanto, no es posible conectar un microprocesador a una placa base con un zócalo no diseñado para él.

Puertos de entrada y salida

El microprocesador tiene puertos de entrada/salida en el mismo circuito integrado. El chipset es un conjunto de circuitos integrados que se encarga de realizar las funciones que el microprocesador delega en ellos. El conjunto de circuitos integrados auxiliares necesarios por un sistema para realizar una tarea suele ser conocido como chipset, cuya traducción literal del inglés significa conjunto de circuitos integrados. Se designa circuito integrado auxiliar al circuito integrado que es periférico a un sistema pero necesario para el funcionamiento del mismo. La mayoría de los sistemas necesitan más de un circuito integrado auxiliar; sin embargo, el término chipset se suele emplear en la actualidad cuando se habla sobre las placas base de los IBM PCs.


Conjunto de instrucciones

Un conjunto de instrucciones ó repertorio de instrucciones ó ISA (del inglés Instruction Set Architecture, Arquitectura del Conjunto de Instrucciones) es una especificación que detalla las instrucciones que una CPU de un ordenador puede entender y ejecutar, o el conjunto de todos los comandos implementados por un diseño particular de una CPU. El término describe los aspectos del procesador generalmente visibles a un programador, incluyendo los tipos de datos nativos, las instrucciones, los registros, la arquitectura de memoria y las interrupciones, entre otros aspectos.

La arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA) se emplea a veces para distinguir este conjunto de características de la microarquitectura, que son los elementos y técnicas que se emplean para implementar el conjunto de instrucciones. Entre estos elementos se encuentras las microinstrucciones y los sistemas de caché.

Procesadores con diferentes diseños internos pueden compartir un conjunto de instrucciones; por ejemplo el Intel Pentium y AMD Athlon implementan versiones casi idénticas del conjunto de instrucciones x86, aunque tienen diseños internos completamente opuestos.

Listado de conjuntos de instrucciones

* 6800 (Motorola)
* Alpha (DEC)
* ARM (Advanced_RISC_Machines)
* DLX (John Hennessy y David Patterson)
* IA-64 (Intel)
* MIPS (MIPS_Computer_Systems)
* PA-RISC (HP)
* POWER (IBM)
* PowerPC (Alianza AIM)
* SPARC (Sun Microsystems)
* x86 -IA-32 (Intel), AMD64 (AMD) y EM64T (Intel)-



Socket de CPU




Matriz de pequeños agujeros (zócalo) existente en una placa base donde encajan, sin dificultad, los pines de un microprocesador; dicha matriz, denominada Pin grid array o simplemente PGA, permite la conexión entre el microprocesador y dicha placa base. En los primeros ordenadores personales, el microprocesador venía directamente soldado a la placa base, pero la aparición de una amplia gama de microprocesadores llevó a la creación del socket.


En general, cada familia de microprocesador requiere un tipo distinto de zócalo, ya que existen diferencias en el número de pines, su disposición geométrica y la interconexión requerida con los componentes de la placa base. Por tanto, no es posible conectar un microprocesador a una placa base con un zócalo no diseñado para él.




Existen muchos tipos de sockets, usados por diferentes CPUs. He aquí el listado hasta la fecha por orden de antigüedad.

* PAC611 Intel Itanium
* PAC418 Intel Itanium
* Socket T (Land Grid Array-775) Intel Pentium 4 & Celeron1
* Socket 604 Xeon
* Socket 480 Intel Pentium M (Double core)
* Socket 479 Intel Pentium M (Single core)
* Socket 775 Intel Pentium 4 & Celeron
* Socket 478 Intel Pentium 4 & Celeron
* Socket 423 Intel Pentium 4
* Socket 370 Intel Celeron & Pentium III
* Socket M2 Zócalo de 940 pines, pero incompatible con los primeros Opteron y Athlon64 FX. Algunos integrantes serán: AMD "Orleans" Athlon 64, AMD "Windsor" Athlon 64 X2, AMD "Orleans4" Athlon 64 FX. Será introducido el 6 de junio de 2006
* Socket F AMD Opteron. Será introducido el 2006
* Socket S AMD Turion 64, Será introducido el 2006
* Socket 939 AMD Athlon 64 / AMD Athlon 64 FX a 1GHz / Sempron
* Socket 940 AMD Opteron
* Socket 754 AMD Athlon 64 / Sempron / Turion 64
* Socket A Últimos AMD Athlon, Athlon XP, Duron y primeros Sempron
* Socket 563 Low-power Mobile Athlon XP-M (µ-PGA Socket, Mobile parts ONLY)
* Slot 1 Intel Pentium II & early Pentium III
* Slot A Primeros AMD Athlon y Alpha 21264
* Socket 8 Intel Pentium Pro
* Super Socket 7 AMD K6-2 & AMD K6-III

* Socket 7 Intel Pentium & compatibles de Cyrix, AMD
* Socket 6 Intel 486
* Socket 5 Intel Pentium 75-133MHz y compatibles
* Socket 4 Intel Pentium 60/66MHz
* Socket 3 Intel 486 (3.3v and 5v) y compatibles
* Socket 2 Intel 486
* Socket 1 Intel 486
* 486 Socket Intel 486

Placa base





La placa base, placa madre o tarjeta madre (en inglés motherboard) es la tarjeta de circuitos impresos que sirve como medio de conexión entre: El microprocesador, circuitos electrónicos de soporte, ranuras para conectar parte o toda la RAM del sistema, la ROM y ranuras especiales (slots) que permiten la conexión de tarjetas adaptadoras adicionales. Estas tarjetas de expansión suelen realizar funciones de control de periféricos tales como monitores, impresoras, unidades de disco, etc.

Se diseña básicamente para realizar tareas específicas vitales para el funcionamiento de la computadora, como por ejemplo las de:

* Conexión física.
* Administración, control y distribución de energía eléctrica.
* Comunicación de datos.
* Temporización.
* Sincronismo.
* Control y monitoreo.

Para que la placa base cumpla con su cometido, lleva instalado un software muy básico denominado BIOS.

A continuación se describen los tipos de placas más usuales.

* XT (8.5 × 11" or 216 × 279 mm)
* AT (12 × 11"–13" o 305 × 279–330 mm)
* Baby-AT (8.5" × 10"–13" o 216 mm × 254-330 mm)
* ATX (Intel 1996; 12" × 9.6" o 305 mm × 244 mm)
* EATX (12" × 13" o 305mm × 330 mm)
* Mini-ATX (11.2" × 8.2" o 284 mm × 208 mm)
* microATX (1996; 9.6" × 9.6" o 244 mm × 244 mm)
* LPX (9" × 11"–13" o 229 mm × 279–330 mm)
* Mini-LPX (8"–9" × 10"–11" o 203–229 mm × 254–279 mm)
* NLX (Intel 1999; 8"–9" × 10"-13.6" o 203–229 mm × 254–345 mm)
* FlexATX (Intel 1999; 9.6" × 9.6" o 244 × 244 mm max.)
* Mini-ITX (VIA Technologies 2003; 6.7" × 6.7" o 170 mm × 170 mm max.; 100W max.)
* Nano-ITX (VIA Technologies 2004; 120 mm × 120 mm max.)
* BTX (Intel 2004; 12.8" × 10.5" o 325 mm × 267 mm max.)
* MicroBTX (Intel 2004; 10.4" × 10.5" o 264 mm × 267 mm max.)
* PicoBTX (Intel 2004; 8.0" × 10.5" o 203 mm × 267 mm max.)
* WTX (Intel 1998; 14" × 16.75" o 355.6 mm × 425.4 mm)
* ETX y PC/104, utilizados en sistemas embebidos.


Chipset

El Circuito Integrado Auxiliar o Chipset es un conjunto de circuitos integrados que se encarga de realizar las funciones que el microprocesador delega en ellos. Chipset traducido literalmente del inglés significa conjunto de circuitos integrados. Se designa circuito integrado auxiliar al circuito integrado que es periférico a un sistema pero necesario para el funcionamiento del mismo. La mayoría de los sistemas necesitan más de un circuito integrado auxiliar.

En los PC y otros sistemas el chipset está formado por 2 circuitos auxiliares al procesador principal:

* El puente norte se usa como puente de enlace entre dicho procesador y la memoria. El NorthBridge controla las funciones de acceso hacia y entre el microprocesador, la memoria RAM, el puerto gráfico AGP, y las comunicaciones con el SouthBrigde.

* El SouthBridge controla los dispositivos asociados como son la controladora de discos IDE, puertos USB, Firewire, SATA, RAID, ranuras PCI, ranura AMR, ranura CNR, puertos infrarrojos, disquetera, LAN y una larga lista de todos los elementos que podamos imaginar integrados en la placa madre. El puente sur es el encargado de comunicar el procesador con el resto de los periféricos).

Este término también fue usado frecuentemente en los años 90 para designar los circuitos integrados encargados de las tareas gráficas de los ordenadores domésticos más potentes de la época: el Commodore Amiga y el Atari ST. Ambos ordenadores tenían un procesador principal, pero gran cantidad de sus funciones gráficas y de sonido estaban incluidas en coprocesadores separados que funcionaban en paralelo al procesador principal.

Tarjeta de Expansión



Las tarjetas de expansión son dispositivos con diversos circuitos integrados y controladores para ampliar la capacidad de un ordenador, las tarjetas de expansión más comunes sirven para añadir memoria, controladoras de unidad de disco, controladoras de vídeo, puertos serie o paralelo y dispositivos de módem internos. Por lo general, se suelen utilizar indistintamente los términos placa y tarjeta para referirse a todas las tarjetas de expansión.

En la actualidad las tarjetas suelen ser de tipo PCI, PCI Express o AGP. Como ejemplo de tarjetas que ya no se utilizan tenemos la de tipo Bus ISA.

Gracias al avance en la tecnologia USB y a la integración de audio/video en la placa base, hoy en día se emplean cada vez menos.

Memoria RAM



RAM es el acrónimo inglés de Random Access Memory (memoria de acceso aleatorio). Se trata de una memoria de semiconductor en la que se puede tanto leer como escribir información. Es una memoria volátil, es decir, pierde su contenido al desconectar la energía eléctrica. Se utiliza normalmente como memoria temporal para almacenar resultados intermedios y datos similares no permanentes. Se dicen "de acceso aleatorio" porque los diferentes accesos son independientes entre sí. Por ejemplo, si un disco rígido debe hacer dos accesos consecutivos a sectores alejados físicamente entre sí, se pierde un tiempo en mover la cabeza hasta la pista deseada (o esperar que el sector pase por debajo, si ambos están en la misma pista), tiempo que no se pierde en la RAM.

Su denominación surge en contraposición a las denominadas memorias de acceso secuencial. Debido a que en los comienzos de la computación las memorias principales (o primarias) de los computadores eran siempre de tipo RAM y las memorias secundarias (o masivas) eran de acceso secuencial (cintas o tarjetas perforadas), es frecuente que se hable de memoria RAM para hacer referencia a la memoria principal de un computador.

En estas memorias se accede a cada celda (generalmente se direcciona a nivel de bytes) mediante un cableado interno, es decir, cada byte tiene un camino prefijado para entrar y salir, a diferencia de otros tipos de almacenamiento, en las que hay una cabeza lectograbadora que tiene que ubicarse en la posición deseada antes de leer el dato deseado.

Las RAMs se dividen en estáticas y dinámicas. Una memoria RAM estática mantiene su contenido inalterado mientras esté alimentada. La información contenida en una memoria RAM dinámica se degrada con el tiempo, llegando ésta a desaparecer, a pesar de estar alimentada. Para evitarlo hay que restaurar la información contenida en sus celdas a intervalos regulares, operación denominada refresco.

Las memorias se agrupan en módulos, que se conectan a la placa base del computador. Según los tipos de conectores que lleven los módulos, se clasifican en Módulos SIMM (Single In-line Memory Module), con 30 ó 72 contactos, módulos DIMM (Dual In-line Memory Module), con 168 contactos y módulos RIMM (RAMBUS In-line Memory Module) con 184 contactos.


Variedad de módulos

La explicación del por qué existe la necesidad de hacer coincidir a pares ciertos módulos de memoria es que cada módulo es capaz de devolver cierto número de bits de golpe y éste ha de completar el ancho de banda del procesador. Es decir, si contamos con un procesador Pentium con un bus de datos de 32 bits, necesitaremos un sistema de memoria capaz de llenar este ancho de banda. Por ello, si cada módulo de 72 contactos proporciona 16 bits de una sola vez, precisaremos dos de estos módulos. Algo extrapolable a los módulos de 30 contactos, que con 4 bits cada uno, y para procesadores de 16 bits, necesitaban cuatro. Los DIMM son capaces de proporcionar los 32 bits de golpe, por lo que pueden instalarse individualmente.

Encapsulados

* DIP
* SIPP
* SIMM
* DIMM
* SO-DIMM
* RIMM



Módulos RAM. De arriba a abajo:
DIP, SIPP, SIMM (30 pins), SIMM (72 pins), DIMM (168 pins), DDR DIMM (184 pins)


Seguiré actualizando.