El Microprocesador

Componentes internos de un ordenador. El microprocesador

El procesador es el componente principal del ordenador. Dirige y controla todos los componentes y se encarga de llevar a cabo las operaciones matemáticas y lógicas en un corto periodo de tiempo.

Arquitectura interna del microprocesador

Cuanto mas evoluciona la electrónica también lo hacen los microprocesadores y se le van añadiendo dentro del micro componentes que hacen que sean cada vez más rápidos y potentes. Para elegir el micro hay que saber para que vamos a querer utilizar el ordenador, ya que no todo consume los mismos recursos.

Los últimos micros sobrepasan la barrera del GHz.

Características del microprocesador

La velocidad:

La velocidad de un micro se mide en MHz o GHz. Todos los micros modernos tienen dos tipos de velocidades:

• Velocidad interna: Es la velocidad a la que funciona el micro internamente.
• Velocidad externa: También llamada velocidad FSB, es la velocidad a la que se comunica el micro con la placa base

La memoria caché:

La memoria caché es usada por el procesador para reducir el tiempo necesario para acceder a los datos de la memoria principal. Es una "minimemoria" más rápida y que guarda copias de los datos que se usan frecuentemente.

Todos los procesadores tienen caché de nivel 1 (L1) y una segunda caché de nivel 2 (L2). Los mas modernos tienen otro tipo llamado nivel 3 (L3).

La alimentación:

Los microprocesadores reciben electricidad de la placa base, y existen dos tipos:

• Voltaje externo: Permite al procesador comunicarse con la placa base. Suele ser de 3,3 voltios.
• Voltaje interno: Es menor que el externo y le permite funcionar con una temperatura interna menor.

Arquitectura de 32 y 64 bits.

Cuando se habla de las distintas arquitecturas se hace referencia al ancho de los registros con los que trabaja el ancho de los buses de datos.

Las principales diferencias de la arquitectura de 32 y 64 son:

La arquitectura de 32 estaba enfocada a ejecutar aplicaciones de carga pequeña/media y con ciertas limitaciones:

• Números en rango 2 (elevado a 32), si se usa un procesador de 64 bits, se convierte en un rango dinámico de 2 (elevado a 64).
• La arquitectura de 32 bits no puede utilizar mas de 4 GB de memoria RAM.

Los procesadores de 64 bits son bastante más utilizados pero hay ciertas aplicaciones que solo se pueden usar con procesadores de 32 bits.

Intel y AMD: Evolución histórica.

Evolución histórica de los procesadores Intel

• Intel se fundó en 1968, y su primer microprocesador se presentó en 1971.
• El 15 de Noviembre de 1971 Intel lanzó el primer microprocesador llamado Intel 4004, un CPU de 4bits y el primer microprocesador en un solo chip y el primero disponible comercialmente.
• El 1 de Abril de 1972 se anunció la versión mejorada que era el 8008 y tenía como ventaja acceder a más memoria y procesar 8bits. Alcanzaba los 740 KHz.
• En Abril de 1974 Intel lanzó el 8080. Multiplicaba por 10 el rendimiento del anterior microprocesador (8008) gracias a sus 2 Mhz de velocidad.
• En 1977 salió al mercado el Intel 8085, procesador de 8 bits y binariamente compatible con el anterior. Exigía menos soporte de hardware.
• En Junio de 1978 y 1979 se lanzan los microprocesadores 8086 y 8088, que pasaron a formar el IBM PC, equipo que salió al mercado en 1981.
• El 1 de Febrero de 1982 , Intel fabricó los primeros 80286, con una velocidad entre 6 y 25 MHz.
• El 16 de Octubre de 1985 Intel lanzó el i80386, con arquitectura x86.
• En 1988, Intel desarrolló un sistema sencillo de actualizar los antiguos 286, gracias a la aparición del 80386SX. Bus de datos de 16 bits pero por tener un menor coste.
• El 10 de Abril de 1989 aparece el Intel 80486DX, tecnología de 32 bits y con la incorporación del caché de nivel 1 en el propio chip. También este año aparece el i486, que alcanzó velocidades entre 16 y 100 MHz.
• El 22 de Marzo del 1993 aparece el Pentium, con una velocidad inicial de 60 MHz, llegando a los 200 MHz. Arquitectura real de 32 bits.
• El 27 de Marzo de 1995, el procesador Pentium Pro aparece con un aire renovado para los servidores de red y las estaciones de trabajo.
• El 7 de marzo de 1997, Intel lanza el Intel Pentium 2, con arquitectura x86, este mejoró el rendimiento en la ejecución de código de 16 bits.
• En 1998 aparece el primer procesador Xeon, llamado Pentium II Xeon, y este utilizaba tanto chipset 440 GX como el 450 NX.
• El 26 de Febrero de 1999 llegó el Pentium III, con arquitectura i686.
• El 20 de Noviembre de 2000 sale al mercado el Pentium 4, séptima generación de microprocesadores, con arquitectura x86 y diseño novedoso.
• En Marzo de 2003 llegó el Intel Pentium M, arquitectura x86 y este no es una versión de bajo consumo del Pentium 4, sino una versión modificada del diseño del Pentium III.
• En 2005 se introducen los procesadores Pentium D, que eran 2 procesadores Pentium 4 en un solo encapsulado.
• El 26 de Junio de 2006, Intel anunciaba una generación nueva, el Xeon Dual Core que tenía tecnología  de doble núcleo. Con un 80% más de rendimiento por vatio y 60% más rápido que la competencia.
• El 2 de Marzo de 2008, Intel desarrolla el Intel Atom, destinados para usarse en dispositivos móviles de Internet.
• En 2010, Intel anuncia los famosos i3, i5 e i7 de cuatro núcleos, para cubrir los requerimientos de proceso de cada usuario.
• Y para finalizar, en enero de 2011, Intel lanzó la segunda generación de la familia Core, que cambia la memoria caché mejora el modo Turbo Boost y perfecciona la propia arquitectura.

Toda esta información la he sacado de aquí:

http://www.intel.la/content/dam/www/public/lar/xl/es/documents/40_aniversario_del_procesador.pdf

 

Evolución histórica de los procesadores AMD

• En 1970 AMD introduce su primer dispositivo: el contador lógico Am2501.
• En 1972 AMD se lanza al público.
• En 1979 comienza la producción en el nuevo centro de fabricación de AMD en Austin.

• En 1985 se constituye ATI. ATI desarrolla su primer controlador de gráficos y su primer producto de placa gráfica.
• En 1993 debuta la familia de microprocesadores AMD Am486.
• En 1995 AMD introduce el microprocesador AMD-K5 , el primer microprocesador x86 compatible con sockets, de diseño independiente.
• En 1997, AMD introduce el microprocesador AMD-K6.
• En 1999, El procesador AMD Athlon se convierte en el primer procesador de séptima generación para Windows.
• En 2000 AMD con el procesador AMD Athlon supera el 1 GHz
• En 2001 debuta el procesador AMD Athlon MP.
• En 2003 debutan el procesador AMD Opteron y el procesador AMD Athlon 64.
• En 2004 AMD demuestra el primer procesador x86.

• En 2007 AMD introduce los procesadores gráficos ATI Radeon™ serie HD 2000 para entregar el gráfico Ultimate Visual Experience™ de plataformas de escritorio y móviles.

• En 2009 AMD introduce el procesador AMD Opteron™ de seis núcleos con la plataforma de conjunto de chips de AMD, la primera plataforma de servidor que permite un rendimiento avanzado, los beneficios de la tecnología unificada de procesador y conjunto de chips y confirma el compromiso de AMD con el ahorro de energía.

Toda la información la he sacado de aquí:

http://www.amd.com/es-xl/who-we-are/corporate-information/history 

Bibliografía

• Apuntes del tema.
• http://www.intel.la/content/dam/www/public/lar/xl/es/documents/40_aniversario_del_procesador.pdf
• http://www.amd.com/es-xl/who-we-are/corporate-information/history
• https://www.youtube.com/watch?v=8Uk3wwfxNMA

La Placa Base

LA PLACA BASE

Factores de forma

Hay gran variedad dentro de las placas bases, y el factor de forma determina el tamaño y orientación de la placa con respecto a la caja, el tipo de fuente necesaria y dice que periféricos pueden integrarse en la placa. Los tipos mas conocidos son:

• ATX, Mini ATX y Micro-ATX:

Las ATX tienen como características una mejor disposición de sus componentes, una mejor colocación de la CPU y de la memoria, los conectores de la fuente de alimentación tienen una sola pieza y un solo conector, para uso más sencillo, y los conectores para dispositivos IDE y disqueteras se sitúan mas cerca, ya que reduce la longitud de sus cables.

La Mini-ATX es una versión reducida de ATX y lo mismo con la Micro-ATX.

• LPX y NLX:

Tienen más periféricos que normalmente, los slots de las tarjetas de expansión no se encuentran en la placa, sino en un conector especial (riser card).

La forma de NLX es similar a LPX y esta ideado para facilitar la retirada y la sustitución de la placa sin herramientas. Tienen una reducida capacidad de expansión y tienen problemas de refrigeración con microprocesadores potentes.

• BTX:

Este formato no ha triunfado mucho ya que sus componentes se colocan diferente a las ATX, con el fin de mejorar el flujo del aire, toda la caja recibe mas calor exceptuando la CPU ya que se encuentra justo delante del ventilador de toma de aire.

• Mini-ITX, Nano-ITX y Pico-ITX:

Son las placas más pequeñas y son compatibles con el estándar ATX.

Su refrigeración suele ser mediante dispositivos pasivos.

       

Componentes de la placa base

La placa base esta compuesta por diferentes componentes:

• Zócalo del microprocesador (socket).
• Ranuras de memoria.
• Conjunto de chips o chipset.
• La BIOS.
• Ranuras de expansión o slots.
• Conectores internos.
• Conectores externos.

Zócalo del microprocesador (Socket)

El zócalo o socket es el conector en el que se inserta el microprocesador. Ha evolucionado desde que el micro se soldaba a la placa base o se insertaba en el zócalo y no se podía sacar, hasta ahora que es fácil cambiar el micro.
Hoy en día los más comunes son:

• ZIF: El micro se inserta y se retira sin necesidad de hacer presión. Hay una palanca al lado del zócalo que permite introducirlo sin presión, para evitar el doblaje de las patillas.
• LGA: Los pines están en la placa base en lugar de estar en el micro, y el micro contiene contactos planos en su parte inferior. Esto permite un mejor sistema de distribución de energía y mayores velocidades de bus. Hay que tener cuidados con la fragilidad de los pines en este tipo.

Ranuras de memoria

Estas ranuras constituyen los conectores para la memoria principal de un ordenador, la RAM. La memoria RAM está formada por varios chips soldados a una placa llamada módulo de memoria.

Los módulos más comunes son los DIMM.

Estas ranuras se agrupan en bancos de 1,2,4 o 6 zócalos, están numerados y normalmente se colocan abriendo los sujetadores ubicados en cada extremo de la ranura.

El Chipset

El chipset es un conjunto de circuitos lógicos, que ayudan a que el procesador y los componentes del PC se comuniquen con los dispositivos conectados a la placa base y los controlen. El chipset realiza funciones como:

• Controla la transmisión de datos, las instrucciones y las señales de control que fluyen entre la CPU y el resto de elementos del sistema.
• Maneja la transferencia de datos entre la CPU, la memoria y los dispositivos periféricos.
• Ofrece soporte para el bus de expansión (conocido como ranuras entrada/salida).

El chipset suele constar de dos chips:

• Northbridge (puente norte): Es el responsable de la conexión del bus frontal de la CPU con los componentes de alta velocidad del sistema, como la memoria RAM y el bus AGP o PCI Express. Controla las funciones de acceso desde y hacia el microprocesador, la memoria RAM y el puerto AGP o PCI Express y las comunicaciones con el southbridge. El puente norte controla las siguientes características del sistema:

-Tipo de microprocesador que soporta la placa.

-Número de microprocesadores que soporta la placa.

-Velocidad del microprocesador.

-La velocidad del bus frontal FSB.

-Controlador de memoria.

-Tipo y cantidad máxima de memoria RAM soportada.

-Controladora gráfica integrada (solo algunos)

• Southbridge (puente sur): Es el responsable de la conexión de la CPU con los componentes más lentos del sistema, como los periféricos. El southbridge no está conectado a la CPU y se conecta indirectamente a ella por el northbridge. Ofrece las siguientes características:

-Soporte para buses de expansión, como los PCI o el antiguo ISA.

-Controladores de dispositivos: IDE, SATA, de red Ethernet y de sonido.

-Control de puertos para periféricos: USB o FireWire.

-Funciones de administración de energía.

-Controlador del teclado, de interrupciones, controlador DMA.

-Controladora de sonido, red y USB integrados.

Componentes integrados

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

• Puertos del teclado y del ratón.
• Controlador IDE, SATA. Se utiliza para conectar discos duros, unidades de CD, DVD y otros dispositivos.
• Puertos de comunicación serie y paralelo.
• Puertos USB.
• Conectores de audio, vídeo y red.

Si falla un componente obliga a cambiar de placa base pero tiene la ventaja de que hay una conexión eléctrica menos a la placa base.

La BIOS

La BIOS es un conjunto de programas muy elementales, grabados  en un chip de la placa base llamado ROM BIOS y se encarga de realizar las funciones necesarias para que el ordenador arranque.

La BIOS de la tarjeta gráfica esta diseñada para soportar todos los componentes de la tarjeta gráfica y se puede ver brevemente un indicador en la parte superior del monitor que identifica la tarjeta gráfica. Esto proporciona al ordenador las instrucciones necesarias para usar la pantalla en el proceso de arranque. La BIOS del sistema es independiente de esta.

Ranuras de expansión

Son unas ranuras de plástico o slots con conectores eléctricos en las que se insertan las tarjetas de expansión. Forman parte de un bus, a través del cual se comunican los distintos dispositivos del ordenador.

En una placa base actual encontramos ranuras PCI y PCI Express de distintas velocidades. Las PCI tienen a desaparecer y ser sustituidas por las PCI. 

• AGP: Puerto de gráficos acelerado. La ranura AGP se utiliza exclusivamente para conectar tarjetas gráficas y solo puede aparecer una en la placa base.
• PCI: Usa un bus local, ofrecen la capacidad de configuración automática, que hace que su instalación y configuración sea mas sencilla. Las placas bases suelen tener dos o tres ranuras PCI.
• PCI Express: Transmite datos en serie, un bit detrás de otro, esto permite enviar pocos bits por cada pulso de reloj, pero a alta velocidad. Los dispositivos se pueden conectar a la ranura de la placa base sin necesidad de apagar el ordenador.

Conectores internos

En este grupo se incluyen los conectores para dispositivos internos, como discos duros, lectores y grabadores de CD y DVD. Suelen estar rodeados por una marca de plástico y a menudo de diferentes colores. Los más importantes son:

• Puerto IDE.
• Puerto FDD.
• Puertos SATA.
• Puertos USB.
• Conector CD-IN.
• Conectores para ventiladores para la CPU.
• Conectores para entrada/salida digital de sonido SPDIF.

Conectores externos

Para conectar los dispositivos periféricos al ordenador, se utilizan conectores. El conector está en el extremo del cable adjunto al dispositivo periférico. Se inserta dentro del puerto para hacer la conexión entre el ordenador y el dispositivo periférico; el puerto hace que el dispositivo periférico esté disponible para el usuario.

Los puertos más importantes son:

• Puertos USB: Es un puerto serie y transmite datos de bit en bit, pero más rapidamente, ya que en su arquitectura y modo de funcionamiento es diferente al antiguo puerto serie RS-232.
• Puertos VGA,DVI y HDMI: Se utilizan para conectar el monitor al PC. Puede venir integrado en la placa base.  Los DVI y el HDMI aparecieron porque los monitores LCD/LED pueden aceptar directamente la información en formato digital.
• Puerto eSATA: Nos permite conectar discos duros SATA de forma externa, sin necesidad de abrir el ordenador.

Bibliografía

• Apuntes del Tema.
• https://www.youtube.com/watch?v=bDcdrc2AD5k

Arquitectura Von Neumann. Componentes básicos.

Descripción básica de la Arquitectura Von Neumann

Von Neumann descubrió el fundamento teórico de construcción de un ordenador electrónico con programa almacenado.La idea era conectar permanentemente las unidades del ordenador, de manera que su funcionamiento estuviera coordinado bajo un control central. La mayoría de fabricantes siguen utilizando esta arquitectura pequeños cambios.

La CPU. Elementos básicos y funcionamiento

La CPU (también conocida como procesador o microprocesador) es el verdadero cerebro del ordenador ya que controla y gobierna todo el sistema. Consiste en un circuito integrado que interpreta y ejecuta las instrucciones de los programas almacenados en memoria y qué además toma los datos de las unidades de entrada, los procesa y los envía a las unidades o periféricos de salida. Se trata del componente del ordenador que se ocupa del control y el proceso de datos, y la potencia de un sistema informático se mide principalmente por la de su CPU.
Está formada por:

• La unidad de Control (UC): Interpreta y ejecuta las instrucciones máquina almacenadas en la RAM y genera señales de control necesarias para ejecutarlas.
• La unidad aritmético-lógica (UAL): Recibe datos y hace operaciones de cálculo y comparaciones con ellos, toma decisiones lógicas y devuelve luego el resultado.
• Los registros: Donde se almacena información temporal, que constituyen el almacenamiento interno de la CPU.
• Los buses: Son los caminos a través de los cuales las instrucciones y los datos circulan entre las distintas unidades del ordenador.

Diagrama de bloques de un CPU simple.

Vista superior de una CPU Intel 804DX2 en un paquete PGA de cerámica.

Los buses de comunicación

Los buses son cables por los que circula la información en forma de bits. Las unidades que integran el ordenador se comunican a través de los buses.

Hay tres tipos de buses:

• Bus de datos: Permite establecer el intercambio de datos entre la CPU y el resto de unidades. Cada instrucción de un programa y cada byte de datos viaja por este bus. La velocidad del bus de datos se mide en MHz o GHz.
• Bus de direcciones: Transmite direcciones entre la CPU y la memoria. Funciona sincronizado con el de datos. Este bus es necesario para conocer las direcciones de los datos que se envían a la CPU por el bus de datos.
• Bus de control de la CPU: Genera los impulsos eléctricos necesarios para gobernar el resto de elementos.

La memoria principal (RAM)

En la memoria principal o RAM se almacenan dos tipos de información: el programa o secuencia de instrucciones a ejecutar y los datos que manejan estas instrucciones.

La RAM está formada por un conjunto de casillas o posiciones de memoria que son capaces de almacenar un dato o una instrucción. Cada casilla tiene 8 bits (1 byte)

En la memoria RAM se almacenan los datos y los programas que se están ejecutando en ese momento en el ordenador, y cuando este se apaga, los datos de la RAM desaparecen.

Unidades de entrada y de sálida

También conocidos como periféricos, son dispositivos que se conectan al ordenador y permiten almacenar información y comunicar el ordenador con el exterior.
Se clasifican en:

• Periféricos de entrada: Son los que introducen datos externos al ordenador para después ser tratado por la CPU.
• Periféricos de salida: Son los que reciben información que luego es procesada por la CPU y la reproduce para que el usuario pueda perceptirla.
• Periféricos de almacenamiento: Son los encargados de guardar datos de forma segura para usarlos posteriormente, y pueden ser internos o externos.
• Periféricos de comunicación: Facilitan la interacción entre dos o más ordenadores o entre un ordenador y otro periférico externo.

El arranque de un ordenador

Cuando encendemos el ordenador, la fuente de alimentación lleva corriente a todos los
componentes, incluyendo a la CPU, que envía una orden al chip de la memoria ROM
de la BIOS, donde se encuentran grabadas las rutinas del POST.Si la BIOS no encuentra nada anormal, continúa el proceso de arranque del ordenador.
Posteriormente, ejecuta instrucciones del SO trasladándolas a la RAM y aparece la primera pantalla del sistema operativo.

Bibliografía

-Apuntes Tema 2
-https://www.youtube.com/watch?v=_TAE7LepB3E