Microprocesador

MICROPROCESADOR

Es un circuito integrado constituido por millones de componentes electrónicos, constituye la unidad central de procesamiento (CPU) de un PC catalogado como el cerebro de la computadora.

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. 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 microprocesadora (MPU). En otras palabras, el microprocesador es una unidad procesadora de datos. En un microprocesador se puede diferenciar diversas partes:

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.


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.


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.

 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.

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.


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.

 MARCAS Y GENERACIONES

Actualmente existen dos marcas  INTEL y AMD

• INTEL CELERON: Los procesadores Celeron pueden realizar las mismas funciones básicas que otros pero su rendimiento es inferior.

• 
  
•  INTEL CORE DUO: Es un microprocesador  de sexta generación. Dispone de dos núcleos de ejecución lo cual hace de este procesador especial para las aplicaciones de subprocesos múltiples y para multitarea.

• INTEL CORE 2: Se refiere a una gama de CPUs comerciales de Intel de 64 bits del doble núcleo.

• INTEL ATOM: Los Intel Atom pueden ejecutar hasta 2 instrucciones por ciclo. El rendimiento de un Atom de núcleo único es igual a aproximadamente la mitad de un Celeron equivalente.

• AMD ATHLON: Es el nombre que recibe una gama de microprocesadores compatibles con la arquitectura x86 diseñados por AMD.

• AMD PHENOM: Es el nombre dado por AMD a la primera generación de procesadores de tres y cuatro núcleos basados en la micro arquitectura K10.

• AMD DURON: Es un gama de microprocesadores de bajo coste compatibles con los Athlon, por lo tanto con arquitectura x86.

• AMD THURION: Es una versión de bajo consumo del procesador AMD Athlon destinada a los ordenadores portátiles.

  

• FRECUENCIA DE RELOJ: La frecuencia de reloj es la velocidad en ciclos por segundo con que una computadora realiza las operaciones más básicas. Diferentes chips en la placa madre pueden tener  diferentes frecuencias de reloj.

• VELOCIDAD DE BUS: Es la velocidad máxima con la que se transfieren los datos procesados en el microprocesador hacia otros periféricos como la memoria.

CLASES DE MICROPROCESADOR

• MICROPROCESADORES PARA ESCRITORIO

- Procesador Pentium Dual-Core para escritorio (Socket LGA 775).
- Procesador Pentium (Dual-Core) para escritorio (Socket LGA 1156).
- Procesador Pentium (Dual-Core) para escritorio (Socket LGA 1155).
- Procesador Pentium G9650 basado en la arquitectura Nehalem.

• MICROPROCESADORES PARA SERVIDORES

- Procesadores AMD Opteron: Serie 6200, serie 4200, serie 3000.
- Intel Xeon Tulsa sustituyendo a sustituir a los Xeon Woodcrest.

• MICROPROCESADORES PARA PORTÁTILES

- Intel Atom 270
- El Intel Atom 280.
- Core 2 Solo.
- Core 2 Duo.
- AMD Turion X2: Los Turión son la versión de bajo consumo orientado a los portátiles del Athlon 64 X2.

TIPOS DE ENCAPSULADOS

DIP: Es una forma de encapsulamiento común en la construcción de circuitos integrados. La forma consiste en un bloque con dos hileras paralelas de pines, la cantidad de estos depende de cada circuito. Por la posición y espaciamiento entre pines, son especialmente prácticos para construir prototipos en tablillas de protoboard.

PGA: Es un tipo de empaquetado usado para los circuitos integrados particularmente microprocesadores, consiste en un cuadrado de conectores en forma de agujero donde se insertan los pines del chip por medio de presión. Según el chip, tiene más o menos agujeros.

QFP: Es un encapsulado de circuito integrado para montaje superficial  con los conectores de componentes extendiéndose por los cuatro lados. Los pines se numeran en sentido contrario a las agujas del reloj a partir del punto guía habitualmente de 44 a 200 pines, con una separación entre ellos de 0,4 a 1mm. Esto es una mejora respecto del encapsulado, pues permite una mayor densidad de pines y utiliza las cuatro caras del chip.

SISTEMA DE REFRIGERACION

Un chip utiliza un reloj de impulsos eléctricos para ejecutar o procesar las instrucciones que le llegan. Es decir, todos los elementos del chip permanecen en reposo a la espera del impulso de reloj, para ejecutar la operación que corresponde en cada momento.

INSTALACIÓN DEL MICROPROCESADOR

• Identificar el tipo de procesador.
• Apagar y desconectar totalmente el equipo.
• Si ya hay un micro instalado, quítese.
• Conectar  el nuevo micro, prestando atención a su orientación.
• Poner silicona termo conductora sobre el micro.
• Instalar y conectar el conjunto de disipador y ventilador.
• Configurar la placa base para el nuevo microprocesador.
• Revisar todo, conecte el equipo.

ALU (Unidad Aritmeticológica)

Es un circuito digital que calcula operaciones aritméticas y operaciones lógicas entre dos números. Muchos tipos de circuitos electrónicos necesitan realizar algún tipo de operación aritmética, así que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendrá una ALU minúscula que se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activar el pitido del temporizador.

UC (Unidad de Control)

Es uno de los tres bloques funcionales principales en los que se divide una unidad central de procesamiento. Los otros dos bloques son la unidad de proceso y el bus de entrada y salida. Su función es buscar las instrucciones en la memoria principal, decodificarlas y ejecutarlas, empleando para ello la unidad de proceso.

PARTES FÍSICAS EXTERNAS

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 más 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.

  

BUSES 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 propio bus.

BUSES 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.

Vesa Local Bus

Al contrario que con el EISA, MCA y PCI, el bus VL no sustituye al bus ISA sino que lo complementa. Un PC con bus VL dispone para ello de un bus ISA y de las correspondientes ranuras (slots) para tarjetas de ampliación. Además, en un PC con bus VL puede haber, sin embargo, una, dos o incluso tres ranuras de expansión, para la colocación de tarjetas concebidas para el bus VL, casi siempre gráficos. Solamente estos slots están conectados con la CPU a través de un bus VL, de tal manera que las otras ranuras permanecen sin ser molestadas y las tarjetas ISA pueden hacer su servicio sin inconvenientes.

BUS DE CONTROL

El Bus de Control tiene la tarea de marcar el estado de una instrucción dada a la PC.

Gobierna el uso y acceso a las líneas de datos y de direcciones. Como estas líneas están compartidas por todos los componentes tiene que proveerse de determinados mecanismos que controlen su utilización. Las señales de control transmiten tanto ordenes como información de temporización entre los módulos del sistema.

Un bus de control, es parte del bus de la computadora (la conexión física), que es utilizado por la CPU para comunicarse con otros dispositivos. El bus de control transmite comandos desde la CPU y devuelve una señal de estado desde el dispositivo.

El Bus de Control es utilizado para sincronizar las actividades y transacciones con los periféricos del sistema. Algunas de estas señales, como R / W, son señales que la CPU envía para indicar que tipo de operación se espera en ese momento. Los periféricos también pueden remitir señales de control a la CPU, como son INT, RESET, BUS RQ. Las señales más importantes en el bus de control son las señales de cronómetro, que generan los intervalos de tiempo durante los cuales se realizan las operaciones. Este tipo de señales depende directamente del tipo del microprocesador.

Características del nuevo procesador de Intel (Intel Core i7).

El Nombre “Intel Core i7″

Aunque Intel aún no se han pronunciado acerca de la procedencia del nombre “i7″, se ha especulado mucho sobre este nombre en la web. No coincido con ninguna de estas especulaciones, por lo que publico aquí la mía. La letra “i” vendría de Intel, y el número haría referencia a la generación del procesador según la siguiente tabla.

Generación 1: Abarcaría todos los procesadores de Intel hasta el 80188.

Generación 2: El procesador Intel 286 y todas sus variantes.

Generación 3: El procesador Intel 386 y todas sus variantes.

Generación 4: El procesador Intel 486 y todas su variantes.

Generación 5: El procesador Intel Pentium y todas sus variantes.

Generación 6: El procesador Intel Core, Intel Core 2 y todas sus variantes.

Generación 7: El procesador Intel Core i7.

Memoria Caché Compartida de Alto-Nivel.

Mejoras en la memoria caché con una nueva arquitectura de tres niveles: la caché L1 con 32 Kb. de caché para instrucciones y otros 32 Kb para caché de datos; nueva caché L2 por núcleo de latencia muy baja con 256 Kb por núcleo para datos e instrucciones; y una nueva caché L3 compartida por todos los núcleos y con diferentes configuraciones en Mb según el tipo de procesador, 8 Mb en el caso de un Core i7 con cuatro núcleos, aunque con el tiempo se irá ampliando esta memoria caché compartida.

Intel QuickPath

El procesador Intel Core i7 lleva integrado el controlador de memoria dentro del propio procesador. La tecnología Intel QuickPath InterConnect, es una tecnología de interconexión con el procesador punto a punto desarrollada por Intel en competencia con la tecnología HyperTransport de AMD.

Esta tecnología incluye un controlador de memoria dentro del propio procesador. Reemplaza al Front Side Bus (FSB) de los procesadores Xeon e Itanium.

El rendimiento de esta tecnología está reportado para ser de 4,8 a 6,4 Giga transferencias por segundo (GT/s) por dirección, y un enlace puede ser 5, 10 o 20 bits de largo en cada dirección. Además el ancho de banda provisto por un enlace largo completo asciende de 12,0 a 16,0 GB/s por dirección, o de 24,0 a 32,0 GB/s por enlace.

Admite hasta tres canales de memoria DDR3 a 1600 MHz por lo que empezaremos a ver placas con seis slots de memoria en vez de cuatro.

Integrated Graphics Processor

También incluirá un procesador gráfico integrado dentro del propio procesador también en respuesta al anuncio de AMD con su tecnología Fusion que consiste en integrar un procesador gráfico dentro del propio procesador.

En el caso de Intel Core i7, habrá versiones distintas de este procesador, unas sin este controlador y otras con este procesador integrado.

Aunque no veremos procesadores Intel Conre i7 hasta el año 2.009, la idea es la de incluir una GPU, procesador gráfico discreto integrado, para modelos concretos, como por ejemplo portátiles y dispositivos ultra-móviles (UMPC) ya que se consegurían consumos de energía muy bajos por lo que se aumentaría considerablemente la duración de las baterías en sistemas móviles como los portátiles.

Nuevo Conjunto de Instrucciones SSE 4.2

Streaming SIMD Extensions (SSE) es un conjunto de instrucciones SIMD (Single Instruction, Multiple Data – Única Instrucción, Múltiples Datos) añadidas en el año 1.999 al procesador Pentium III, como extension a la arquitectura x86 como respuesta a la tecnología 3DNow! que AMD tenía implementada años atrás.

La versión 4.2 de las extensiones de vector de Intel SSE trae de regreso al futuro el x86 ISA atrás con la adición de nuevas instrucciones de manipulación de cadenas. Digo “Regreso al futuro” porque el soporte a nivel de cadena de procesamiento ISA es una característica de las arquitecturas CISC que se considera obsoleta actualmente en los años post-RISC. Pero la cadena de instrucciones del nuevo SSE 4,2 están destinadas a acelerar el procesamiento de XML, lo que las convierte en perfectas para la Web y aplicaciones futuras basadas en XML.

SSE 4.2 también incluye una instrucción CRC que acelera el almacenamiento y las aplicaciones de red, así como una instrucción POPCNT útil para una variedad de tareas de patrón especificado. Además, para ofrecer mejopr soporte a las aplicaciones multi-hilo, Intel ha reducido la latencia de los hilos de las primitivas de sincronización.

En el frente de virtualización, acelera las transiciones y tiene algunas mejoras sustanciales, que no voy a detallar aquí, en su sistema de memoria virtual que reduce en gran medida el número de esas transiciones requeridas por el Hypervisor.

Otras Características

Cuatro unidades de dispatch en vez de tres, lo que se traduce en un 33% más de mejora de proceso de datos por parte del procesador. El Intel Core i7 podrá ejecutar cuatro microinstrucciones a la vez en lugar de las tres de Intel Core 2, consiguiendo un aumento considerable en velocidad.

Además este procesador llevará un segundo buffer de 512-entradas TLB (Translation Look-aside Buffer). Este circuito es una tabla utilizada para convertir las direcciones físicas y virtuales por el circuito de memoria virtual. Añadiendo esta segunda tabla se mejora considerablemente el rendimiento del procesador.

Un nuevo segundo buffer de predicción de bifurcaciones o BTB (Branch Target Buffer) y aumentando el tamaño del primer y este segundo nuevo buffer permitirá carga más instrucciones y predecir con más exactitud cual es la siguiente instrucción a procesador mejorando aún más el rendimiento del procesador.

Destaca también el Turbo, que vuelve otra vez a los procesadores como en las épocas del 386. El modelo a 2,66 podría llegar a 2,8 con el Turbo en momentos de mucha demanda de proceso, trabajo y carga del procesador y bajaría la velocidad en momentos de reposo.

Esto facilita también enormemente el trabajo de overclocking, pues aumentando el multiplicador del turbo se consiguen velocidades impresionantes con gran facilidad, claro que ello requiere disponer de buenos sistemas de refrigeración o disipación del procesador, así como aumentar los voltajes del mismo. Destacar que el modelo Extreme lleva el multiplicador desbloqueado, facilitando cualquier overcloking, mientras el resto de procesadores llevan el multiplicador bloqueado, impidiendo aumentar mucho el rendimiento del procesador, a no ser que se aumenten manualmente las frecuencias. Ya se puede ver en varias tiendas que están vendiendo ordenadores con este procesador con overcloking a 4,2 Ghz.

Disponibilidad y Modelos.

Inicialmente en octubre de 2.008 veremos los primeros modelos con socket LGA1366, cuatro núcleos y 8 Mb. de memoria caché, serán los Intel Core i7 a velocidades de 2,66 Ghz, 2,93 Ghz y en su version Extreme Editon a 3,2 Ghz con versiones de doble y triple canal de memoria DDR3 a 1066 y 1333 y 1600 MHz con buses de memoria de 1x 4.8 GT/s QuickPath, 1x 6.4 GT/s QuickPath y 2x QuickPath. El consumo de este procesador estará en 130 W.

El primer chipset para este procesador, estará optimizado y desarrollado para trabajar (por desgracia) con Windows Vista, sistema operativo que ofrecerá un mayor rendimiento que Windows XP sobre estos procesadores y chipsets.

Actualización Octubre 2.008.

Según fuentes de Intel, podría cancelarse el desarrollo del procesador con ocho núcleos para lanzar directamente a mediados o finales del año 2.009 un modelo con doce núcleos, más de 12 Mb de caché, velocidades superiores a los 4 Ghz y, por supuesto, menor consumo. Está previsto para esas fechas el lanzamiento de la nueva generación de Intel Corel i7: nuevo procesador y nuevo chipset, en esta ocasión ya optimizados para Windows Seven (más información sobre este tema en Lanzamiento de la versión final y definitiva de Windows Seven RTM para empresas el 30 de noviembre de 2009 y para el resto el 30 de enero de 2010).

Actualización Diciembre 2.009.

Sin contar los recientes procesadores aparecidos en el mercado con el nombre Core i7, i5 e i3, con socket 1156, los nuevos Core i7 con socket 1366 y tecnología de 32nm contarán con 6 núcleos (12 unidades de proceso con Hyperthreading) y llegarán al mercado en el primer trimestre del año 2.010, probablemente en Marzo. Su nombre Intel Core i7 serie 980X.