Mantenimiento y Reparación de Sistemas de Cómputo
Microprocesadores
Es un conjunto de
circuitos complejos, integrados por componentes electrónicos microscópicos
encapsulados en un pequeños chip. (Cápsulas de plástico que integran
terminales con una gran cantidad de
diodos , resistencias, capacitores entre
otros).
Se encarga de la
coordinación y dirección de todas las operaciones que se llevan a cabo entre
los dispositivos de la computadora; la memoria RAM, las unidades de Disco Duro,
la ejecución de los programas, el control de los puertos de comunicación, las
operaciones matemáticas.
En la actualidad se visiona que los nuevos procesadores
estarían basados en Computación Cuantica.
Tecnología de Microprocesadores
Dentro de la
arquitectura tradicional de los microprocesadores, se encuentran los llamodos CISC (Complex Instruction Set Code – Conjunto de
códigos de Instrucciones Complejas)
Estos son las
arquitecturas de los microprocesadores que normalmente se usan en la PC. Desde
la aparición del 8088 hasta el último procesador disponible para las
computadoras personales, han crecido enormemente sus capacidades de velocidad
de procesamiento y la cantidad instrucciones soportadas. Sin embargo esta
potencia de cálculo tiene un alto costo para la tecnología: Cada vez más
componentes Internos, más consumo de energía y mucho calor generado.
Tecnología de Microprocesadores
Debido a esto último,
los procesadores actuales necesitan
refrigeración forzada con radiadores de calor y micro ventiladores (Coolers)
Otra tecnología
existente es la RISC (Reduced Instruction Set Code – Conjunto de
códigos de instrucciones reducidos)
Como su nombre lo
indica, esta clase de microprocesadores utiliza un pequeño conjunto de
instrucciones sencillas. Debido a esto, la cantidad de instrucciones que un
programa debe utilizar para resolver un problema, es en promedio de por lo
menos un 20% a un 30% superior comparativamente al CISC.
Tecnología de Microprocesadores
Para comprender esto,
mejor supongamos que deseamos realizar
la operación de 25x5 y tenemos dos tipos de calculadora una que suma y otra que
multiplica. La primera resuelve la operación (25x5=125) y la segunda deberá
realizar una suma repetidamente. Es decir, utilizar mas instrucciones para
hallar el resultado (25+25+25+25+25=125).
A pesar de que esto
parezca una desventaja, soluciona otras problemas. La menor complejidad interna
de estos microprocesadores, se traduce en menor cantidad de componentes
internos y por consiguiente menor consumo de energía y menor calor generado
Tecnología de Microprocesadores
Por eso un
microprocesador RISC puede funcionar mucho más rápido y ser un 500% más
eficiente que un CISC.
La era de los RISC
comenzó a utilizarse por IBM desde 1974 y ha alcanzado a todos los fabricantes
de microprocesadores: AMD, Intel, MIPS, Motorola, entre otros. Son utilizados
por fabricantes de computadores como: Apple, DEC, HP, IBM, SUN etc.
Definición de CPU, GPU y VPU
Las tres siglas hacen
referencia al microprocesador, sin embargo se utilizan en actividades
distintas:
CPU:
es Central Process Unity ó Unidad Central de
Proceso, siendo el microprocesador principal que utiliza la computadora en su
conjunto de datos en general.
GPU
/ VPU : Significa Graphic Process Unity ó Unidad de Proceso
de gráfico . Video Process Unity o Unidad de Proceso
de Video. Se refiere a un procesador independiente del principal que se encarga
del proceso de gráficos y videos. Liberando de esta carga a la CPU. Puede estar
integrado a la tarjeta madre, una tarjeta acelerado de gráficos o en la estructura
del procesador principal.
Definición de CPU, GPU y VPU
Cooprocesador Matemático: Es un
chip independiente que contiene un circuito de apoyo para el microprocesador,
su función era encargarse de liberarlo de las operaciones aritméticas y así el
microprocesador se encarga de los demás procesos y hacer más eficiente el sistema.
Estos se vendían de
manera independiente pero en el lanzamiento de lso modelos de Intel® 486 DX (1989), se integró al cuerpo
del microprocesador.
1.- AMD®: Significa ("American Micro Devices"), que traducido
significa micro dispositivos Americanos. Es una empresa integrada en el año
de 1976, dedicada inicialmente a fabricar microprocesadores idénticos a los de
la empresa Intel®, pero esta última patentó sus productos, por lo que
AMD® comenzó a diseñar los propios con muy excelentes resultados, actualmente desarrolla
también tecnologías propietarias para tarjetas de video.
.- Intel®: Significa ("INT egrated EL ectronics"), que significa
electrónicos integrados. Estaempresa se forma en el año
de 1968 en el Sillicon Valley de California en EUA,
actualmente desarrolla también tecnologías propietarias para tarjetas de video
y Main Board.
Cyrix®: Esta marca dominaba
en tercer lugar las ventas, pero actualmente se ha quedado muy relegada por la
popularidad que adquirió AMD®; así que fue absorbida por laempresa Via Technologies®.
Actualmente hay una línea moderna de productos de esta marca que poco a poco se
intenta colocar en el mercado de las Desktop y
de las Netbook.
Modelo de los Microprocesadores
El modelo: es la
subdivisión de los microprocesadores. Los modelos regularmente se referirán a
una versión completa del producto ó a otra mas austera. La austera se refiere a
que contiene menor cantidad de memoria caché L2 integrada dentro del
circuito, por lo que es mas lento en acceder a ciertos datos e
instrucciones.
1.- Para la marca AMD®: podemos
encontrar principalmente el modelo Athlon y Phenom, mientras que las versiones austeras son Duron y Sempron.
Ejemplo de ello:
+ Modelo austero: microprocesador AMD® Sempron, modelo LE-1250,
velocidad de 2.2 GHz, memoria caché de 512 KB, para Socket 940 AM2.
+ Modelo completo: microprocesador AMD® Phenom, modelo 9850 X4,
velocidad de 2.5 GHz, memoria caché de 4 MB L2 y L3, para socket AM2.
2.- Para la marca Intel®: los modelos
completos son Pentium y las versiones austeras son Celeron.
Ejemplo de ello:
+ Modelo austero: microprocesador Intel® Celeron D,
modelo Dual Core, velocidad de 1.6
GHz, memoria caché de 512 KB, FSB de 800 MHz, para Socket 775.
+ Modelo completo: microprocesador Intel® Pentium 4,
modelo E 6750, velocidad de 2.66 GHz, memoria caché de 4 MB, FSB de 1333 MHz,
para socket 775.
Velocidad Interna (GT/s GHz y MHz)
La unidad GT/s: es una variable
utilizada en microprocesadores Intel® de nueva generación denominada iX (la familia ó gama
i3, i5, i7 e i9), la cuál significa ("GigaTransferences/second") ó GigaTransferencias/segundo. En la
práctica, los GT´s se refieren a
los datos que se están enviando y recibiendo simultáneamente de
manera efectiva y no hay que confundirla con la velocidad en GigaHertz (GHz).
Ejemplo de ello se
encuentra en la siguiente tabla:
Marca
|
Modelo
|
Velocidad en GHz
|
Transferencias
|
Año
|
Intel®
|
i5 750 Quad
|
2.66 GHz
|
2.5 GT/s
|
2009
|
Intel®
|
i7 920 X58 Quad
|
2.66 GHz
|
4.8 GT/s
|
2009
|
Intel®
|
i7 980 Xtrm Six
|
3.33 GHz / 3.6 GHz turbo
|
6.4 GT/s
|
2011
|
Velocidad Interna (GT/s GHz y MHz)
La
velocidad: esta variable
se refiere al máximo número de procesos por segundo que es capaz de realizar el
microprocesador. Su unidad de medida es el Hertz (Hz). Actualmente se utilizan múltiplos como el MegaHertz y el GigaHertz (GHz) debido a la
gran capacidad que pueden llegar a desarrollar.
Actualmente, los
microprocesadores pueden desarrollar hasta 3.6 GHz es decir 3600 MHz de
velocidad interna, mientras que los primeros microprocesadores comerciales (año
1982), tenían una velocidad de 8 MHz.
A finales de Julio de
2010, la marca de procesadores Intel®, anuncia que ha desarrollado
tecnología capaz de alcanzar velocidades de proceso muy superiores a lo que
conocemos hoy en día, ya que la velocidad máxima que se puede lograr con el uso
de la tecnología actual no se puede superar en 10 GHz. Su desarrollo está
basado en la utilización de fotónica de silicio (el láser y fibra óptica básicamente)
también llamada "Avalanche Photodetector (APD)", dentro
de sus procesadores, con un límite teórico de hasta 340 GHz.
Marca
|
Modelo
|
Velocidad en MHz
|
Velocidad en GHz
|
Año de lanzamiento
|
Intel®
|
80286
|
8 MHz
|
0.008 GHz
|
1982
|
AMD®
|
Gamma 386SX
|
33 MHz
|
0.033 GHz
|
1985
|
Intel®
|
Pentium
|
100 MHz
|
0.1 GHz
|
1993
|
Intel®
|
Pentium III
|
800 MHz
|
0.8 GHz
|
1999
|
AMD®
|
Athlon
|
1300 MHz
|
1.3 GHz
|
2005
|
Intel®
|
Pentium 4 E8400,
Core Duo
|
3000 MHz
|
3 GHz
|
2008
|
AMD®
|
Phenom 2 965 X4, 4
Core
|
3400 MHz
|
3.4 GHz
|
2009
|
Intel®**
|
?
|
50000 MHz
|
>10 Ghz a 50
GHz
|
Se espera su
lanzamiento a finales del 2015
|
El frontal Side Bus FSB
Tecnología FSB: ("Frontal Side Bus") que
significa transporte frontal interno, que para el caso de los microprocesadores
se refiere a la velocidad máxima con la que es capaz de transmitirdatos con la tarjeta
principal ("Motherboard") y el sistema
en general.
El FSB en términos físicos se trata de una serie de
líneas eléctricas interconectadas de modo paralelo, implementado por la marca
Intel®; actualmente todos los dispositivos tienden a utilizar el modo serial,
por lo que este tipo de tecnología genera cuellos de botella en los
nuevos equipos de alta capacidad de proceso. Por este motivo
la empresa AMD® desarrolló a partir de 2001 una nueva tecnología
denominada HT "Hypertransport".
La unidad de medida para el FSB del
microprocesador es el MegaHertz (MHz), actualmente las
velocidades se encuentran entre los 800, 1066 y 1333 MHz.
Ejemplo de ello es:
+ Microprocesador Intel®
Pentium 4, modelo E 6750, velocidad de 2.66 GHz, memoria caché de 4 MB, FSB de
1333 MHz, para socket 775. (Agosto de 2008).
El frontal Side Bus FSB
Tecnología HT: ("HyperTransport") significa Hiper-transportación; se
trata de una tecnología desarrollada por AMD® en 2001 en sustitución del FSB
clásico, la cuál implementa un bus serial con controlador de memorias
independiente que permite la conexión directa con la memoria RAM sin necesidad
del uso del NorthBridge de la tarjeta
principal ("Motherboard"), es utilizado
en microprocesadores basados en arquitectura de 64 bits.
Ejemplo de ello es:
+ Microprocesador marca
AMD®, modelo Phenom 8450 X3, frecuencia
2.1 GHz, L2 3.5 MB, para socket AM2.
El frontal Side Bus FSB
Tecnología QPI: ("QuickPath Interconnect") significa
interconexión de ruta sencilla; se trata de tecnología desarrollada por Intel®
en contraposición a la tecnología HT de AMD®, la cual consiste en un
controlador de memoria que permite el control de memoria RAM directamente desde
el microprocesador. La unidad de medida utilizada en esta nueva gama de
productos es la unidad GT/s, lo cuál significa literalmente GigaTransferencias/segundo. Esta
tecnología coexiste aún con FSB.
Ejemplo de ello es:
+ Microprocesador marca
Intel®, modelo i7 920 Quad, frecuencia 2.66
GHz, 4.8 GT/s, caché 8 MB, para socket 1366.
Procesador de 32 y 64 bits
Los bits en la nomenclatura del microprocesador, se
tratan del ancho de palabra que puede transmitir de manera simultánea, por lo
tanto entre mayor sea la capacidad, mayor eficiencia tendrá al momento de
recibir y enviar información. Esto es, si tenemos que el bus (líneas eléctricas
por las que fluyen los datos), podía enviar 32 bits, ahora es posible que se
envíen 64 bits al mismo tiempo, esto es "ensanchar" el bus.
La tecnología de 64 bits era
usada por servidores, sin embargo la apuesta de las empresas fabricantes,
es aplicar a las computadoras domésticas, lo que hasta hace poco se utilizaba
solo en equipos de muy alto rendimiento, por lo que se ha roto la barrera de
los 4 GB de memoria RAM y es posible en teoría alcanzar hasta 16, 000, 000, 000
de GB de RAM, además de aumentar las capacidades matemáticas, entre otras
mejoras.
Inclusive los sistemas
operativos modernos como Microsoft® Windows Vista ó Microsoft® Windows 7
tienen dos versiones para ser instaladas en los equipos de 32 bits y 64 bits,
así mismo hay microprocesadores duales que tienen ambas características y
permiten elegir que modo utilizar.
Memoria Caché L1, L2 y L3
Caché: es una memoria tipo SRAM, basada en
transistores y por ello es muy veloz. Es intermedia entre el microprocesador y
la memoria RAM, esta memoria guarda los datos utilizados frecuentemente y evita
volver a buscarlos en la memoria RAM ya que está es relativamente lenta, por lo
que se agilizan los procesos. Su unidad de medida es en Megabytes (MB).
En el caso de los
microprocesadores, estos integran de 1 a 3 tipos de memoria caché
denominadas L1, L2 y L3, que significan ("Level X") ó traducido es nivel 1, nivel 2 y nivel 3.
+
Memoria L1: se encuentra
integrada dentro de los circuitos del microprocesador y eso la hace más cara y
más complicado en el diseño, pero también mucho más eficiente por su cercanía
al microprocesador, ya que funciona a la misma velocidad que él. Esta a su vez
se subdivide en 2 partes.
- L1 DC: ("Level 1 date cache"): se encarga
de almacenar datos usados frecuentemente y cuando sea necesario volver a
utilizarlos, inmediatamente los utiliza, por lo que se agilizan los procesos.
Memoria Caché L1, L2 y L3
L1 IC: ("Level 1 instruction
cache"): se encarga
de almacenar instrucciones usadas frecuentemente y cuando sea necesario volver
a utilizarlas, inmediatamente las recupera, por lo que se agilizan los
procesos.
+
Memoria L2: esta
anteriormente se encontraba en tarjetas de memoria, para ser insertada en
una ranura especial de la tarjeta principal (Motherboard) y funciona a
la velocidad de trabajo de la misma. Actualmente la memoria L2 viene integrada
en el microprocesador, se encarga de almacenar datos de uso frecuente y
agilizar los procesos; determina por mucho si un microprocesador es la versión
completa ó un modelo austero. Pueden contar con una capacidad de almacenamiento
Caché de 8 MB, 9 MB en procesadores AMD® e Intel® y hasta 12 MB en procesadores
Intel®.
+ Memoria L3: esta memoria es
un tercer nivel que utilizaron primero los procesadores de la firma AMD® y
posteriormente Intel®. Con este nivel de memoria se agiliza el acceso a datos e
instrucciones que no fueron localizadas en L1 ó L2. Si no se encuentra el dato
en ninguna de las 3, entonces se accederá a buscarlo en la memoria RAM. Pueden
contar con una capacidad de almacenamiento Caché de hasta 8 Mb y 9 Mb sumando
L2+L3 en el caso de la nomenclatura AMD®.
Partes Físicas externas de la CPU
El microprocesador en
sí es un chip, que tiene una base que integra conectores tipo pin ó solamente
contactos planos. Por el mismo avance en las velocidades de los
microprocesadores, actualmente necesitan otros dispositivos de apoyo que son
los disipadores de calor y los ventiladores, ya que en caso de faltar estos, el
microprocesador envía una señal para que el equipo se apague repentinamente y
así evitar que se queme.
El
disipador: es una pieza
metálica con formas variadas; este se encarga de absorber el calor generado por
el ventilador y disiparlo al ambiente. Es importante mencionar que entre el
procesador y el disipador se debe colocar un silicón especial, que transfiere de
manera más eficiente el calor entre las 2 piezas, además de evitar el contacto
directo entre las 2 piezas calientes.
El
ventilador: se
encarga de aplicar aire fresco al disipador y enfriarlo, permitiendo que
absorba mas calor proveniente del microprocesador.
Enfriamiento
por agua: son sistemas
similares al funcionamiento de un radiador automotriz, esto es, cuentan con un
sistema basado en el movimiento de agua, impulsada por una pequeña bomba que la
hace circular por unos pequeños tubos dentro del disipador. El agua absorbe el
calor dentro del disipador y en la parte externa cuenta con un ventilador que
la enfría y se repite el ciclo. Para más información sobre enfriamiento basado
en agua
División Interna (ALU y Unidad de Control)
Internamente un microprocesador cuenta con 2 partes muy
esenciales:
ALU: significa ("Aritmetic - Logic Unit") que traducido
es unidad aritmética y lógica. Esta se encarga de realizar todas aquellas
operaciones necesarias como cálculos de operaciones (multiplicaciones,
divisiones, sumas, etc.) y comparaciones entre valores (mayor que, menor que,
igual que, etc.).
Unidad de control: esta se encarga
de organizar y manejar todos los procesos tales como interpretar contenidos de
las posiciones de la memoria RAM y memoria ROM, control de puertos, acceso
a unidades de disco, ejecución de las instrucciones del software, entre otras.
Procesadores con Tarjeta de Video Integrada
La tecnología "Sandy Bridge", se refiere
procesadores de la firma Intel® que integran dentro de su arquitectura, un
procesador especializado totalmente en el manejo de gráficos (GPU)
independientemente del número de núcleos; este GPU puede alcanzar una
frecuencia de hasta 850 MHz, es importante mencionar que para el
aprovechamiento de esta tecnología, la tarjeta principal (Motherboard), debe de ser
compatible y generalmente esta deberá tener una alta capacidad de memoria RAM
(hasta 32 Gb).
Ejemplo: Microprocesador
Intel® Modelo i7 2600, Quad Core, velocidad 3.40 GHz,
tecnología "Sandy Bridge" para zócalo 1155.
Procesadores Multicore ó
Procesadores de varios núcleos
Al llegar al límite
de los 4 Ghz, los procesadores
tienden a generar demasiado calor, de tal forma que no es posible enfriarlos de
manera tradicional y ello conlleva a uso de sistemas más complejos de
ventilación que aumentarían el costo de los equipos, haciéndose poco rentables,
entre otros factores. La tendencia ha sido la de integrar en un solo
microprocesador, varios núcleos (Cores), capaces de procesar paralelamente los datos, sin
aumentar la velocidad de proceso, pero haciendo más eficiente el mismo, además
de reducir de manera considerable el calor producido, ya que cada uno lleva
procesos diferentes y no los concentran en un sólo núcleo.
a) Un núcleo (MonoCore): 1 núcleo (X1).
b) Dos ó mas núcleos (Multicore): 2 núcleos (Core Duo/Dual Core/X2), 3 núcleos (TriCore/X3), 4 núcleos (Quad Core/X4) y hasta 6
núcleos (X6), en los actuales procesadores.
Ejemplo: Microprocesador marca AMD®, modelo Phenom 21090T X6*, frecuencia 3.2 GHz, L2+L3 9 MB, para socket
AM3. (*Indica la presencia de 6 núcleos).
Referencias
3.Manual
de la carrera: Técnico en Hardware de PC. Centro de Capacitación internacional deMicrosoft.
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