El Procesador
El procesador en si es una especie de cerebro, que le permite al equipo realizar diferentes acciones. Es un circuito integrado conformado por millones de componentes electrónicos y constituye la unidad central de procesamiento(CPU) de un PC. Se encarga de ejecutar programas desde el S.O. hasta aplicaciones de usuario, solo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel y realiza operaciones aritméticas y lógicas simples (Suma; Resta; Multiplicación; División). Esta unidad central de procesamiento está constituida esencialmente por registros, una unidad de control, una unidad aritmética lógica y un coprocesador matemático. El microprocesador está conectado generalmente mediante un zócalo específico de la placa base de la computadora; normalmente para su correcto y estable funcionamiento, se le incorpora un sistema de refrigeración que consta de un disipador de calor fabricado en algún material de alta conductividad térmica, como cobre o aluminio, y de uno o más ventiladores que eliminan el exceso del calor absorbido por el disipador. Entre el ventilador y la cápsula del microprocesador usualmente se coloca pasta térmica para mejorar la conductividad del calor. Existen, hoy en día tres marcas de procesadores: AMD, Cyrix e Intel. Intel tiene varios como son Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro y Pentium II. AMD tiene el AMD586, K5 y el K6. Cyrix tiene el 586, el 686, el 686MX y el 686MXi. Los 586 ya están totalmente obsoletos y no se deben considerar siquiera. La velocidad de los procesadores se mide en Mega Hertz (MHz =Millones de ciclos por segun
Procesadores de un solo núcleo
Un procesador de un núcleo puede realizar operaciones rápidamente, pero solo puede realizar una operación a la vez. Algunos ejemplos de procesadores de un solo núcleo son los procesadores 286, 486, Pentium, Pentium II, Pentium III.
Procesadores de dos núcleos
Los procesadores de dos núcleos actúan cooperando en cierta medida al distribuirse los diversos procesos entre cada uno de los dos núcleos, agilizando el rendimiento del procesador. Un ejemplo es el Core 2 Dúo.
Son procesadores que en un solo Kit de procesador, poseen cuatro unidades físicas de procesamiento de datos, lo que agiliza los trabajos.
Procesadores multinúcleos
En esta categoría entran procesadores tales como los de 12 y 16 núcleos, que gracias a la combinación de estos núcleos de procesamiento se distribuyen entre sí, la carga del trabajo.
Partes del Procesador
El procesador está compuesto por parte lógica y parte física.
Parte Lógica:
Unidad de Control: Unidad encargada de activar o desactivar los diferentes componentes del procesador, igualmente se encarga de Interpretar y ejecutar las diferentes instrucciones almacenadas en la memoria principal.
Unidad Aritmética y Lógica: Se encarga de realizar la operación de transformación de datos, especialmente las operaciones matemáticas, el cual es denominado FPU (Floating Point Unit, Unidad de coma Flotante).
Registros: Se denominan a las áreas de almacenamiento temporal usadas durante la ejecución de las instrucciones.
Partes Físicas:
Encapsulado: Es lo que rodea a la oblea de silicio, dándole consistencia y protección para impedir su deterioro.
Zócalo: Lugar donde se inserta el procesador, permitiendo la conexión con el resto del equipo.
Chipset: Conjunto de Chips encargados del control de las determinadas funciones del equipo.
Memoria Cache: Parte donde se almacenan los datos con más frecuencia.
Funcionamiento del microprocesador
Este funciona mediante pulsos de electricidad que van activando y desactivando los transistores dando un valor de falso y verdadero que son los que se usan para el código básico de una computadora (el binario 0 y 1) y mediante esto la computadora realiza los cálculos. El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios, organizados secuencialmente en la memoria principal. La ejecución de las instrucciones se pueden realizar en varias frases:
1. Prefetch: Prelectura de la instrucción desde la memoria principal.
2. Fetch: Envió de la instrucción al decodificador.
3. Decodificación de la instrucción: Determinar que instrucción es y por tanto que se debe hacer.
4. Lectura de operando. (si los hay)
5. Ejecución: procesamiento.
6. 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 de su grado de segmentación. La duración de estos ciclos viene determinada por la secuencia de reloj. El microprocesador se conecta a un circuito de cristal de cuarzo capaz de generar pulsos a un ritmo constante, en la actualidad la frecuencia de reloj es de miles de Megahercios (MHZ).
Características de un procesador
Núcleos
Memoria cache
Velocidad
Socket
Núcleos.
Un núcleo no es más que un procesador en miniatura. Los procesadores modernos tienen varios de ellos lo cual hace que puedan acelerar ciertos tipos de aplicaciones y evitar bloqueos. Hoy en día el mercado nos ofrece procesadores de 4, 8 y hasta 10 núcleos. Hay que recordar que un ordenador efectúa muchas tareas, como por ejemplo un antivirus, se pusiera a revisar intensivamente tu ordenador y solo contaras con un núcleo podría ser que este núcleo fuera ocupado al 100% por este proceso y experimentarías dificultad al intentar usar el ordenador, allí entra el beneficio de tener varios núcleos ya que mientras un núcleo está ocupado, el otro realiza las operaciones que nosotros le solicitamos. El beneficio de tener un procesador de varios núcleos se experimentará considerablemente en tareas tales como: Edición de fotografía, Edición de vídeo y Renderización de este.
Memoria cache
La memoria cache del procesador es una memoria de acceso aleatorio y muy rápida ubicada en la CPU, y esta se divide en diferentes niveles, por ejemplo, en los procesadores Intel en L1, L2 y L3.
Memoria Cache L1
Como ya vimos cada procesador suele tener más de un núcleo y la memoria cache L1 está en el interior de cada uno de estos núcleos, siendo la L1 la cache con mayor velocidad, velocidad aproximada a la misma de la CPU, pero debido a su costo la L1 suele ser una memoria de espacio reducido.
Memoria Cache L2
La memoria L2 es una memoria cache que ya no está en el interior de cada núcleo, y su velocidad es inferior a la L1 siendo una velocidad intermedia entre la velocidad del procesador y la memoria RAM, según la arquitectura del procesador la L2 puede ser de acceso exclusivo por cada núcleo o acceso compartido entre cada par de núcleos del procesador.
Memoria cache L3
La memoria L3: es una memoria que al igual que la L2 ya no está en cada núcleo y su velocidad es inferior a la L2 siendo una velocidad más parecida a la velocidad de la memoria RAM y a esta memoria pueden acceder todos los núcleos de la CPU.
Velocidad
La velocidad de la CPU se mide en GHz y actualmente contamos con procesadores de 2,2 GHz, 3,0 GHz o hasta 4,4 GHz, antiguamente la velocidad de un procesador era lo más importante a la hora de comprar un procesador, pero con la introducción de un mayor número de Cores y velocidad de memoria cache, la velocidad ha pasado a ser simplemente uno de varios factores a tomar en cuenta.
1 Giga Hertz es equivalente a 1,000 MHz y 1 Mega Hertz es equivalente a 1,000 KHz, dicho de otra manera;
1,000 KHz (Kilohertzio) = 1 MHz (Mega Hertz) y 1,000 MHz (Mega Hertz) = 1 GHz (Giga Hertz) = 1,000,000,000 ciclos por segundo (o instrucciones de ordenador).
Ciclos del Procesador
La velocidad del reloj del primer procesador Intel 4004 fue de 100 KHz ósea 100,000 ciclos por segundo, ¿y para qué sirve un ciclo por segundo? dicho de manera sencilla cada ciclo por segundo lleva una o varias instrucciones, así que podemos deducir que a mayor velocidad del procesador más instrucciones por segundo se ejecutan, pero esto no es por completo cierto.
No siempre tener un procesador de 3Ghz será mejor que uno de 2Ghz ya que este último podría tener más memoria cache interna y un número de núcleos mayor, esto le daría un mejor rendimiento y velocidad que el primer procesador.
Socket
Es una matriz de pequeños agujeros (zócalo) colocado en una placa base (motherboard) 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, permitiendo el intercambio de microprocesadores en la misma placa.
En la actualidad, 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.
Buses del Procesador
En arquitectura de computadores, el bus (o canal) es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de una computadora o entre varias computadoras. Está formado por cables o pistas en un circuito impreso, dispositivos como resistores y condensadores además de circuitos integrados.
Tipos de bus
Existen dos tipos que están clasificados por el método de envío de la información: bus paralelo o bus serial.
Bus paralelo:
Es un bus en el cual los datos son enviados por bytes al mismo tiempo, con la ayuda de varias líneas que tienen funciones fijas. La cantidad de datos enviada es bastante grande con una frecuencia moderada y es igual al ancho de los datos por la frecuencia de funcionamiento. En los computadores ha sido usado de manera intensiva, desde el bus del procesador, los buses de discos duros, tarjetas de expansión y de vídeo, hasta las impresoras.
El front-side bus de los procesadores Intel es un bus de este tipo y como cualquier bus presenta unas funciones en líneas dedicadas:
Las líneas de dirección son las encargadas de indicar la posición de memoria o el dispositivo con el que se desea establecer comunicación.
Las líneas de control son las encargadas de enviar señales de arbitraje entre los dispositivos. Entre las más importantes están las líneas de interrupción, DMA y los indicadores de estado.
Las líneas de datos transmiten los bits de forma aleatoria de manera que por lo general un bus tiene un ancho que es potencia de 2.
Un bus paralelo tiene conexiones físicas complejas, pero la lógica es sencilla, que lo hace útil en sistemas con poco poder de cómputo. En los primeros microcomputadores, el bus era simplemente la extensión del bus del procesador y los demás integrados "escuchan" las líneas de direcciones, en espera de recibir instrucciones. En el PC IBM original, el diseño del bus fue determinante a la hora de elegir un procesador con I/O de 8 bits (Intel 8088), sobre uno de 16 (el 8086), porque era posible usar hardware diseñado para otros procesadores, abaratando el producto.
Bus serie:
En este los datos son enviados, bit a bit y se reconstruyen por medio de registros o rutinas. Está formado por pocos conductores y su ancho de banda depende de la frecuencia. Aunque originalmente fueron usados para conectar dispositivos lentos (como el teclado o un ratón), actualmente se están usando para conectar dispositivos mucho más rápidos como discos duros, unidades de estado sólido, tarjetas de expansión e incluso para el bus del procesador.
Buses: de control, de direcciones y de datos.
Diagrama de bus backplane como extensión del bus del microprocesador donde se grafican los buses de direcciones, de datos, y de control, que van desde la CPU a la RAM, ROM, E/S y otros.
Bus 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.
Bus de direcciones
La memoria RAM es direccionarle, de forma que cada celda de memoria tiene su propia dirección. Las direcciones son un número que selecciona una celda de memoria dentro de la memoria principal o en el espacio de direcciones de la unidad de entrada/salida.
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 el tamaño máximo en bits del banco de memoria que se podrá direccionar con n líneas. Por ejemplo, para direccionar una memoria de 256 bits, son necesarias al menos 8 líneas, pues 28 = 256. Adicionalmente pueden ser necesarias líneas de control para señalar cuándo la dirección está disponible en el bus. Esto depende del diseño del propio bus.
Bus de datos: El bus de datos permite el intercambio de datos entre la CPU y el resto de unidades.
Encapsulado
Es lo que cubre a la parte sensible de silicio, otorgándole consistencia y cumpliendo la función de impedir el deterioro, así como también permitir que los conectores externos se acoplen al zócalo del mother. Existen tres modelos de encapsulado PGA, LGA y BGA.
PGA (Pin Grid Array): La conexión se realiza mediante pequeños alambres metálicos repartidos a lo largo de la base del procesador introduciéndose en el zócalo de la placa mediante algunos pequeños agujeros y una palanca aclara los pines para que haga buen contacto y no se suelten.
BGA (Ball Grid Array): La conexión se realiza mediante bolas de estaño soldadas que hacen contactos entre el micro y la motherboard.
LGA (Land Grin Array): La conexión se realiza mediante superficie de contactos lisas con pequeños contactos tipos pines que incluye la motherboard.
Criterios para mi mejor RAM
La frecuencia
En la actualidad podemos contar hasta 19 frecuencias de trabajo para los módulos de memoria RAM, sin contar las que se pueden obtener haciendo overclocking. El intervalo de frecuencia va de 133Mhz a 2000Mhz, sin embargo, la frecuencia efectiva varia de 133/2=66.5Mhz a 2000/2=1000Mhz o sea 1Ghz.
Por ello es normal que si haces un análisis de tu pc con un programa como CPU, éste te indique sólo una frecuencia de 400Mhz si tienes una memoria RAM PC2-6400. A la hora de elegir el módulo de memoria deberemos tener en cuenta esta frecuencia.
Por otra parte, debemos limitarnos a lo que la placa madre puede soportar. Si la placa madre soporta las DDR2 en PC-5300/6400/8500, entonces únicamente debemos ponerle una DDR2 a estas frecuencias.
¿DDR, DDR2 o DDR3?
También en este caso, la elección dependerá de la placa madre. La mayoría de placas soporta únicamente un solo tipo de RAM, sin embargo, existen modelos como la P5KC que soportan la DDR2 y DDR3, pero no deben estar conectadas al mismo tiempo.
La más antigua de todas es la DDR, hoy en día fuera del mercado. La DDR2 finalmente ha conseguido hacerse un lugar en el mercado y está bien posicionada. Actualmente, éstas no son caras, mientras que hace unos 6 años comprábamos 2x512MB de PC-3200 por unos 100€ (alrededor de 140 $); actualmente podemos tener 2GB de memoria DDR2 por el mismo precio, o aún más. En cuanto a la DDR3, Intel hace lo posible para imponerla en el mercado, pero aún no lo consigue
Estas requieren una placa madre que las soporten que por lo general son más caras.
CAS
El CAS latencia (Column Address Strobe) es el tiempo de acceso a una columna de memoria física en una matriz de capacitadores. Para propósitos prácticos, cuanto más elevado sea el CAS (por ejemplo: 4-4-4-12), más rápida será la memoria. Pero esto tiene un límite. Una DDR3 a 0.9Ghz efectiva con un CAS de 7-7-7-18 tendrá un buen rendimiento, mientras que un módulo de memoria PC-8500 con esos mismo timings no tendrá sentido.
El dual cannel:
El dual channel es una tecnología para memorias que permite doblar el ancho de banda. Esto se consigue mediante un segundo gestor de memorias en el Northbridge. Pero en la práctica el incremento en el rendimiento no es considerable. Por ejemplo, en los Core 2 dúo de Intel en dual channel el incremento del rendimiento que se consigue es casi nulo. Podemos notar un aumento considerable del rendimiento en una Pentium 4, pero éstas ya son obsoletas.
Procesadores y criterios para celulares
Frecuencia
La frecuencia es la velocidad con la que el procesador hace una tarea. Este término también puede ser considerado como la velocidad. Este dato normalmente lo encuentras con la terminación GHz (Giga Hertz).
Ahora, es posible que un celular nuevo tenga menos frecuencia que un celular más viejo, esto no significa que sea peor, depende de la cantidad de núcleos que tenga el dispositivo. Por si te preguntabas qué es un núcleo:
Núcleos
Los núcleos son la cantidad de “capas” que tiene un procesador, cada uno de estos núcleos puede hacer una tarea por separado.
l ejemplo más fácil y práctico es una fila de supermercado:
Imaginemos que el cajero del supermercado tarda 1 minuto en atender a cada cliente.
Si hay 100 clientes, pero solamente hay 1 cajero, tardará 100 minutos en atender a toda la fila de clientes.
Por el otro lado si hay 4 cajeros las filas se hace más cortas y los mismos 100 clientes pueden salir en 25 minutos.
Infographic procesadores
Esto es lo mismo que pasa en un procesador:
# Cajeros = # Núcleos
Tiempo Cajero = Frecuencia de cada Núcleo
En el caso de un procesador se podría comparar de la siguiente manera:
Frecuencia x # de núcleos = Velocidad total
Entonces, si comparamos un celular de 2.4 GHz dual-core con un procesador de 1.2 GHz octa-core. ¿Cuál es mejor?
Celular 1 = 2.4*2 = 4.8
Celular 2 = 1.2*8 = 9.6
En este caso, el celular 2 es la mejor opción por la cantidad de núcleos que tiene, aunque la frecuencia sea menor.
Claro, entre más núcleos sean más energía consume. Si haces pocas cosas al mismo tiempo en tu celular (o tienes pocos clientes), puedes tener un menor número de núcleos y quizá no notes la diferencia.
Eficiencia
La batería es un factor muy importante hoy en día y se busca que los procesadores no consuman tanta energía. Normalmente entre más poderoso sea el procesador, más energía utilizará y tu batería durará menos.
Esto ya varía mucho dependiendo de cada procesador. Hay casos donde los fabricantes prefieren incluir un chip de menor potencia con tal de que la batería dure más tiempo.
Por ejemplo, vemos muchos celulares con el Snapdragon 810 (ocho núcleos) en teléfonos muy poderosos como el OnePlus 2, Xiaomi Mi Note, Nexus 6P, entre otros. Pero hay otros han preferido usar el Snapdragon 808 (seis núcleos) para tener una buena potencia, pero al mismo tiempo mantener buena eficiencia, este es el caso del LG G4, Moto X, Nexus 5X, LG V10 y más.
Es una cuestión de gustos del fabrica
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