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Motherboard
Comúnmente conocidos como Mother, su nombre completo es Motherboard y en
español significa placa madre. Otros nombres con el que se la puede llegar a escuchar es
placa base, tarjeta madre, placa principal, mainboard o plaqueta en algunos casos.
Un Motherboard es un circuito eléctrico impreso sobre un material resistente donde se
conectan diversos componentes electrónicos. Los primeros equipos electrónicos contaban con
pocos componentes y estos eran muy grandes, la forma de interconectar estos, era mediante
un cable soldado desde una pata de un componente hacia otra pata. También los primeros
equipos electrónicos consumían bastante electricidad por eso era necesario contar con un
cable grueso de alimentación entre los diversos componentes. Hoy en día un camino de cobre
de un Mother es muy fino, ya que el consumo de corriente de los dispositivos ha disminuido
considerablemente.
El Mother, no tiene una función propia ni definida, sino solo sirve de medio de conexión o
comunicación. Tampoco existe dentro de la historia de las computadoras, un origen definido
sobre los Mother, ya que estos son la evolución del inter-conexionado de todos los dispositivos
electrónicos, no solo en la computación sino en la electrónica en general. Vamos a encontrar
mothers o plaquetas principales en equipos de música, impresoras, microondas, lavarropas,
televisores, celulares, etc.; todo dispositivo electrónico va a contar con un tipo de Mother o
plaqueta de conexiones.
Su construcción comienza con la elaboración de una placa de pertinax que es una
mezcla de resina y papel, o una placa de fibra de vidrio. Las placas elaboradas con fibra de
vidrio son más resistentes que las de pertinax. Sobre el total de su superficie se adhiere una
película de cobre, que luego van a ser los caminos de cobre. Las placas más sencillas cuentan
con una sola cara de la plaqueta bañada en cobre, y las más avanzadas cuentan con películas
intermedias de cobre, denominadas multifaz o multicapa. Sobre la capa de cobre se dibuja el
futuro circuito eléctrico, para el caso de las Mother se utiliza un proceso por láser, el cual una
vez dibujado, se sumerge la placa en acido, y este se come el cobre donde no fue alcanzado
por el láser, quedando todo el circuito dibujado. Luego la placa se la baña en resina para
proteger el cobre del óxido.
En un Mother moderno vamos a encontrar mirando detalladamente unos caminos de
cobre muy finito que van desde un conector o integrado hacia otro conector o integrado. En
estas placas no vamos a poder ver los circuitos eléctricos que hay en los niveles intermedios
entre las diferentes capas de la plaqueta.
La placa madre se instala dentro del gabinete del CPU. Sobre el mother vamos a
observar componentes electrónicos varios como resistencias, bobinas, condensadores,
transistores y circuitos integrados. Se va a observar diversos conectores, como puertos USB,
conectores de discos, conectores serie y paralelo, pines de ajustes del mother. También hay
zócalos de memorias RAM, zócalo del procesador, zócalos para placas de expansión, zócalos
para fuente, etc. Una vez instalado el mother, conectado todo y energizado una PC estaría en
condiciones de inicializar.
A partir de la comercialización de las primeras PC IBM, otros fabricantes comenzaron a
desarrollar o imitar mediante procesos de ingeniería inversa, los productos de IBM. El auge
comercial del PC IBM motivo a otros fabricantes a estandarizar sus productos con los de IBM.
De esta forma se definieron estándares en varios aspectos, entre los cuales encontramos el
denominado factor de forma, este determina el tamaño del mother, la posición de los anclajes,
el conector de fuente, la ubicación de los slots de expansión y la forma física del mother. El
primer estándar se denominó XT, y su evolución fue el AT, hoy en día el más comercial es el
formato ATX. A su vez la construcción del mother imita la arquitectura propuesta para la
creación de un microprocesador, como ser presencia de una unidad de procesamiento, una
unidad de control o cálculos, un banco de memoria y los puertos de comunicación con el
exterior.
Fuentes
La fuente de alimentación o simplemente la fuente, es un dispositivo que se instala
dentro del gabinete de la computadora y se conecta al mother. Su función es la de proporcionar
energía a todos los componentes de la computadora, desde la tensión del microprocesador
hasta los discos rígidos. La fuente se enchufa a la tensión de red local, en nuestro caso es de
220V y la transforma y estabiliza en varias tensiones, 12v, 5v, -12v, 3,3v, etc. Cada una de
estas tensiones es requerida por algún componente de la computadora.
Las primeras computadoras venían con una fuente de alimentación propia para cada
modelo de equipo, con la introducción al mercado de las primeras PC por parte de IBM,
empezaron a aparecer diferentes clones de las IBM PC, con lo que permitió que las tecnologías
desarrolladas por IBM se hicieran más populares, tal es el caso de la IBM PC 8086 la cual
contaba con la primer fuente estándar denominada XT. La XT, hoy en día en desuso, era una
fuente pequeña de poca potencia no más de 150 o 200 Watts, esta contaba, en la misma caja
de la fuente, con una llave interruptora de tensión, era de color rojo y decía ON / OFF. Los
cables de alimentación para el mother eran del mismo tipo que la de sus predecesoras la AT,
son dos conectores plásticos de 6 pines cada uno.
Esta fuente se discontinuó y se introdujo al mercado la tecnologia AT, que significa
tecnologia avanzada. Esta fuente no tuvo practicamente diferencias, tenia el mismo conector
del mother y las mismas tensiones. Dejo de tener el interruptor en el chasis de la fuente y
comenzó a venir con los cables para conectar un interruptor en el gabinete. Comenzaron a salir
con las 80286, y proporcionaban un rango de potencia mucho mayor. La unica ventaja que
tenian con respecto a las actuales es su corte de corriente seguro al oprimir el boton de
encendido, ya que este corta totalmente la alimentacion de la fuente. Los conectores
adicionales que traia eran tipo Molex para los discos rigidos y lectoras y los tipo Berg para las
disqueteras
A partir de la linea Pentium, comenzaron a salir algunos equipos con tecnologia ATX.
Esta nueva norma, permitia un encedido y apagado electronico de la fuente, osea que la fuente
siempre queda con un poco de circulacion de corriente. Hoy en día esta es la tecnologia en
uso. Su cambio mas notorio es el cambio de conector, reemplazando los dos conectores de 6
pines por uno unico de 20 pines. La diferencia de pines esta en los agregados de tensiones y
control electronico de la fuente mediante el mother. Todas las fuentes cuentan con conectores
Molex, Berg y las mas nuevas con los SATA. Esta fuente original tambien tuvo una evolucion,
la ATX 2, el cual agrega tensiones adicionales con un conector de 24 pines.
Entre estos modelos de fuente podemos distinguir su maxima potencia que tuvieron, las
xt llegaban hasta los 200 watts, las AT se encuentran modelos de hasta 400 watts, y las ultimas
y mas poderosas ATX entregan potencias desde 300 watts en adelante, encontrando incluso
modelos de mas de 1000 watts de potencia, utilizadas en pc con mucho consumo de corriente.
La potencia de una fuente va a ir de la mano de que dispositivos conecto en el mother, por
ejemplo un mother economico, con un procesador de un solo nucleo, un solo disco rigido y sin
placa de video externa, sobraria potencia utilizando una fuente de 300 watts. En cambio al
instalar una placa de video de alto rendimiento, procesador de ultima generación y dos o tres
discos, el consumo se eleva y es necesaria una fuente de mas de 700 watts.
Conectores Off board
En uso de términos referidos al mother, otro que podemos encontrar es el de conectores
off board. Este término va a hacer referencia a todo tipo de conexionado que sea externo al
CPU, por ejemplo, mouse, teclado, puertos USB, salida de video, salida de audio, etc.
También tenemos el término de “on board”, haciendo referencia a todo dispositivo
construido dentro del mother, por ejemplo podemos hacer referencia a una placa de video on
board, placa de sonido on board, en donde no sería necesaria la conectorización de una
plaqueta adicional para el funcionamiento de alguno de estos dispositivos.
Componentes varios
Sobre la superficie del mother, vamos a observar diversos dispositivos soldados, estos
son componentes electrónicos para el funcionamiento de la computadora. Se distinguen:
condensadores, bobinas, circuitos integrados y resistencias entre otros.
Los circuitos integrados, también conocidos como chips o integrados simplemente,
aparecen como un cuadrado o rectángulo negro con patas metálicas en los laterales. Estos
componentes son circuitos lógicos creados con transistores, disminuidos en bastante tamaño e
impresos sobre un chip de silicio. Cada uno de estos circuitos integrados está formado por
miles a millones de transistores dependiendo de la función que cumpla el circuito. Un CI puede
funcionar como memoria guardando datos, puede ser un procesador, puede contener
compuertas lógicas, etc.
La instalación de estos componentes sobre el mother, es realizado por una estación de
soldado automática y los integrados se los llama de montaje superficial. En este método de
montaje, las patas del integrado son muy cortas y la superficie de soldado es muy pequeña, por
eso su instalación es realizada por dichas estaciones, lo cual luego ante una falla dificulta
bastante el reemplazo de uno de estos integrados.
Se puede observar sobre la superficie de los integrados, una serie de caracteres
impresos. El significado de estos pueden variar según el fabricante, la mayoría imprimen su
marca, el número de serie y un código de identificación del tipo de integrado, entre otras cosas
puede aparecer la función del integrado o la fecha de fabricación.
Los condensadores son componentes electrónicos que aparecen como tambores o
barriles soldados en la superficie del mother. Dentro de las funciones del condensador
encontramos la de almacenar energía, eliminar interferencias, separar tensiones alternas de
continuas, generar osciladores, etc.
Están formados por dos placas metálicas separadas por un material dieléctrico, según el
material de este, se los clasifica en cerámicos, electrolíticos o de tantalio. Los que más nos
importan son los electrolíticos, ya que estos tienen un químico en su interior que con el tiempo
este se reseca y ante variaciones de tensión genera fallas en el funcionamiento del
condensador. Debemos prestar mayor atención a los que se encuentran junto al
microprocesador, estos son electrolíticos y energizan todo el mother. Ante una variación en la
tensión, en un condensador defectuoso podemos observar cómo se revientan ocasionando un
mal funcionamiento del mother. Afortunadamente estos son más sencillos de reemplazar ya
que no son de montaje superficial y con un soldador común se pueden extraer.
El resto de los componentes son de menor importancia en el funcionamiento del mother
y no hacen al caso de este curso, por lo tanto se dejan de lado.
Slots de expansión
Un slot de expansión es un conector que traen los mother con el objeto de instalar placas
adicionales denominadas placas de expansión. Estas placas se utilizan para agregarle al
mother funciones que no vienen incorporadas por el fabricante, como ser placa de audio, placa
de video, placa de red, etc., también para mejorar alguno de estos componentes embebidos en
el mother o también para reemplazar la funcionalidad de algunos de ellos que este
defectuosos. Los más comunes a encontrar en un mother son los slots ISA, PCI, AGP, PCIE y
AMR. La ubicación de estos dentro del mother es siempre la misma, sobre uno de los lados, y
viene determinada por el estándar de factor de forma.
Conectores varios
En conjunto con todos los componentes hasta ahora mencionados, también podemos
observar una variedad muy amplia de conectores para diferentes dispositivos. Estos conectores
on board se utilizan para enchufar discos rígidos, lecto-grabadoras de CD/DVD, disqueteras,
puertos serie y/o paralelos, puertos USB, etc. Cada uno de estos conectores está construido
con un formato único según sea el dispositivo que conecta.
Pila, Bios Y Jumpers
Un componente interesante del mother es el BIOS (Basic Input/Output System), es un
circuito integrado que tiene cargado un firmware (un software) que se encarga de administrar el
hardware del mother. Entre sus principales funciones, está la de inicializar la PC al momento de
energizarla. El BIOS se activa cada vez que encendemos la máquina. Al activarse, verifica el
Hardware instalado y su funcionamiento, dando la orden de encendido a cada periférico para
que arranque el sistema de manera eficiente.
El BIOS se encarga de verificar si tenemos conectado el teclado, mouse y monitor en
nuestro equipo, y detecta cualquier error de configuración o problemas con algún periférico o
disco duro del equipo. También se encarga de buscar al sistema operativo y ponerlo en
marcha.
Este firmware que tiene cargado, está desarrollado en lenguaje de maquina
(ensamblador), lo que significa que las instrucciones del mismo BIOS comandan directamente
los dispositivos sin ningún programa intermedio. Este pequeño programa se carga en una
memoria permanente que tiene el BIOS denominada memoria ROM, memoria de solo lectura.
Los datos grabados en esta memoria no puede modificarse, borrarse ni alterarse ante cortes de
energía, la única forma de modificar el contenido de la BIOS es mediante un proceso conocido
como flasheo para las memorias FLASH o borrado infrarrojo para las memoria EEPROM.
Por otro lado, el BIOS si tiene ciertos parámetros que pueden ajustarse por el usuario,
por ejemplo la fecha y hora, secuencia de booteo de la PC, tipo de discos rígidos y lectoras
instaladas en el mother, etc. Estos pequeños datos si se guardan en una memoria volátil, que
al quedar sin energía se borran. Para mantener esta configuración en forma permanente y no
tener que ajustar fecha y hora, instalar los discos, etc. cada vez que encendemos la PC, se
utiliza una pila de litio, tipo monedita de 3V, de tipo CR2032, esta está instalada junto a la BIOS
y se encarga de mantener los pequeños ajustes de la BIOS cuando el CPU está apagado.
Los primeros BIOS aparecieron a comienzos de la década del 80 en la primer IBM/PC.
Este BIOS desarrollado por IBM no contaba con reconocimiento de unidades de disco rígido.
Luego con la evolución se fueron incorporando. Cada mother tiene un único tipo de BIOS que
funciona para es único modelo de mother, en la mayoría de los casos no es posible reemplazar
un BIOS de un mother y luego instalarlo en otro que no sea idéntico. Hoy en día muchos
mother vienen con dos BIOS incorporados (conocidos como mother con DUAL BIOS), ya que
existe una tendencia a reprogramar los BIOS para obtener más provecho del hardware de la
PC, y esta reprogramación no es recomendada ya que puede dejar inutilizado por completo el
BIOS, por eso algunos vienen con uno de backup. Existe infinidad de fabricantes de BIOS,
entre los más comunes que podemos ver en un mother encontramos a Phoenix, Amibios,
Award y Biostar
A veces por algún desperfecto del mother o una variación eléctrica, es necesario borrar
los ajustes del BIOS, para eso junto a la pila existe un pequeño Jumper o puente. Este puente
al cambiarlo de posición ocasiona que se eliminen los datos cargados en el BIOS. Además del
jumper del BIOS, sobre la superficie del mother vamos a encontrar más jumpers, todos estos
según la posición en la que se enchufan ajustan parámetros del mother. Estos parámetros y la
función de cada jumper varían con la marca y modelo del mother, por eso se hace necesario
contar con el manual del mother para configurarlo correctamente.
Chipset
Circuito integrado auxiliar o chipset es el conjunto de circuitos integrados que sirven y
administran la comunicación con el resto de componentes de la placa, como son la memoria,
las tarjetas de expansión, los puertos USB, ratón, teclado, etc. El chipset determina muchas de
las características de una placa base y por lo general la referencia de la misma está
relacionada con la del chipset, determina ancho de los buses, velocidades de transferencias de
datos entre estos, tamaños máximos de memorias, tipos de procesadores soportados, etc.
El Chipset es el que hace posible que la placa base funcione como eje del sistema,
dando soporte a varios componentes e interconectándolos de forma que se comuniquen entre
ellos haciendo uso de diversos buses. Es uno de los pocos elementos que tiene conexión
directa con el procesador, gestiona la mayor parte de la información que entra y sale por el bus
principal del procesador, del sistema de vídeo y muchas veces de la memoria RAM.
Antiguamente estas funciones eran relativamente sencillas de realizar y el chipset
apenas influía en el rendimiento del ordenador, por lo que el chipset era el último elemento al
que se concedía importancia a la hora de comprar una placa base. Pero los nuevos y muy
complejos micros, junto con un muy amplio abanico de tecnologías en materia de memorias,
caché y periféricos que aparecen y desaparecen casi de mes en mes, han hecho que la
importancia del chipset crezca enormemente.
Debe destacarse el hecho de que el uso de un buen chipset no implica que la placa base
en conjunto sea de calidad.
Las placas base modernas suelen incluir dos integrados, denominados puente norte y
puente sur, y suelen ser los circuitos integrados más grandes después de la GPU y el
microprocesador. Las últimas placa base carecen de Puente Norte ya que los procesadores de
última generación lo llevan integrado.
El Northbridge o puente norte era el circuito integrado más importante del chipset que
constituía el corazón del mother. Recibía el nombre por situarse en la parte superior de las
placas. Su función principal es la de controlar el funcionamiento del bus del procesador, la
memoria y el puerto AGP o PCI-Express, la memoria RAM y el southbridge. De esa forma, sirve
de conexión (de ahí su denominación de "puente") entre la placa madre y los principales
componentes de la PC.
El puente sur o southbridge es un circuito integrado que se encarga de coordinar los
diferentes dispositivos de entrada y salida y algunas otras funcionalidades de baja velocidad
dentro de la placa base. El puente sur no está conectado a la unidad central de procesamiento,
sino que se comunica con ella indirectamente a través del puente norte. El puente sur incluye
soporte para todos los buses que no sean de video, periféricos en general, sonido, USB,
administración de energía del mother, todos los puertos como ps2, serie paralelo, ethernet,
buses IDE, SATA etc. Aún en el 2007 algunas computadoras personales gestionaban los
recursos de teclado, mouse y USB por medio de otro dispositivo conocido como Súper I/O.
El Southbridge integra cada vez mayor número de dispositivos a conectar y comunicar
por lo que fabricantes como AMD o VIA Technologies han desarrollado tecnologías como
HyperTransport o Ultra V-Link respectivamente para evitar el efecto cuello de botella que se
producía al usar como puente el bus PCI.
En la actualidad los principales fabricantes de chipsets son AMD, ATI Technologies, Intel,
NVIDIA, SIS VIA Technologies.
Microprocesadores
El microprocesador o simplemente procesador, es el circuito integrado central y más
complejo de una computadora, se le suele decir también el cerebro. Es un circuito integrado
conformado por millones de componentes electrónicos, principalmente transistores. Constituye
la unidad central de procesamiento (CPU) de un PC.
Es el encargado de ejecutar los programas; desde el sistema operativo hasta las
aplicaciones de usuario; sólo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel,
realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar,
dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria.
El microprocesador está conectado generalmente mediante un zócalo específico a la
placa base de la computadora, también conocido como socket; normalmente para su correcto y
estable funcionamiento, se le adosa un disipador de calor, un ventilador denominado cooler y
entre el disipador y el microprocesador, una pasta conductora de calor.
Antes de su desarrollo, los equipos electrónicos estaban conformados por transistores,
resistencias, condensadores y otros componentes electrónicos. Estos conectados conformaban
equipos de tamaño y consumo considerables y los hacia inamovibles. La evolución en
tecnología, permitió la miniaturización y condensación de circuitos electrónicos en una pequeña
pastilla de silicio. Se pasó de tener cientos de transistores en un circuito impreso a tener miles
en una pequeña pastilla de silicio de apenas unas micras de tamaño, llegando hoy en día a
tener microprocesadores con millones de transistores integrados en un chip de no más de 1
cm. Su fabricación denominada litografía óptica, consiste en dibujar mediante procesos
químicos y láseres, el circuito electrónico sobre la superficie de silicio.
Arquitectura
La estructura conceptual y diseño de interconexiones internas de un microprocesador se
denomina arquitectura del procesador. Es el modelo que estable como va a desarrollarse un
microprocesador internamente, indicando cuales son los componentes principales o estructuras
funcionales y cómo van a trabajar entre ellas. Existen muchos diseños de arquitectura, pero
para referirse a los microprocesadores, las dos más revolucionarias son la arquitectura Harvard
y la arquitectura Vonn Neumann. En ambas existe un bloque o unidad de proceso, una unidad
aritmética, una unidad de control, una unidad de entrada y salida y se diferencian en que la
arquitectura Vonn Neumann utiliza una única memoria para almacenar datos e instrucciones,
mientras que la Harvard tiene una memoria independiente para datos y otra para las
instrucciones. Hoy en día muchos de los procesadores siguen basados en la arquitectura Vonn
Neumann.
Si bien en Intel y AMD su estructura principal está basada en alguna de estas
arquitecturas, tienen diseños propietarios. El más conocido y muy comercial de Intel fue el X86
(luego nombrada IA32), el cual arranco con el procesador 8086 y llego inclusive a la línea
Pentium, a partir del cual empezaron con la arquitectura IA64. Todas tienen después
modificación en donde derivan sub-arquitecturas, como Core, Core i, Sandy Bridge, etc.
Por otro lado AMD fimo un acuerdo con Intel, en donde también desarrollaron sus
primeros procesadores con arquitectura X86. Más tarde AMD modificó su arquitectura
nombrándola con la letra K, así salieron procesadores AMD conocidos como K5, K6, K7. Años
más tarde AMD fue el primero en diseñar una arquitectura que trabaje con procesadores de 64
bits, los cuales se conocieron como arquitectura AMD64 / K8.
También cabe destacar la existencia de las arquitecturas de programación, todo el
conjunto de instrucciones para procesadores basados en X86 y AMD64, pertenecen a la
arquitectura conocida como CISC. Tiempo después se desarrolló una arquitectura nueva
conocida como RISC. Esta presenta un conjunto de instrucción más reducido, de tamaño fijo y
de fácil interpretación, pero debido a la popularidad del CISC no ha tomado todavía mucho
valor de uso en el mercado para las compañías como INTEL o AMD, ya que implica
reingeniería en varios aspectos. Los procesadores desarrollados en arquitectura RISC
presentan una alta eficiencia y bajo consumo de recursos, debido a la simplificación en la
programación.
Sin embargo existen otras compañías que si desarrollan procesadores en arquitectura
RISC. Como es el caso de los procesadores Power-PC, desarrollados por Motorola e IBM, en
los años 80 y llegando hasta el 2006, como competencia a Intel. ARM es otra arquitectura
basada en RISC, desarrollada por ARM Holding que hoy en día sigue en la producción de
procesadores. HP, Ericcson, Nvidia y otras compañías utilizan procesadores ARM como
núcleos para sus productos.
Memoria Cache
Se denomina memoria cache a una memoria ultrarrápida que utilizan los procesadores
para almacenar instrucciones de uso reiterado, así mejorar la velocidad de procesamiento
porque se evita tener que ir a la memoria de disco o memoria física a buscar los datos cada vez
que se necesitan. Esta memoria no guarda programas ni datos de volumen, sino que guarda
instrucciones de reiterada repetición. El concepto se comenzó a desarrollar a partir de los
procesadores que superaron los 25 MHZ, ya que las memorias RAM no están desarrolladas
para satisfacer las demandas del procesador. Esta memoria, como almacena instrucciones, es
de capacidad reducida, pero al ser una memoria mucho más rápida encarece el costo de
fabricación.
La memoria actualmente se divide en tres niveles, denominados L1, L2 y L3. Esto indica
la cercanía que tiene la memoria cache al núcleo del procesador y el tipo de instrucciones que
almacena. La memoria L1 siempre va a ser más chica en capacidad que las sucesivas, ya que
esta almacena instrucciones básicas en código de maquina; también está mucho más ligada al
núcleo. Según sea una instrucción más compleja, va a estar almacenada en los otros niveles.
Toda instrucción que el procesador necesite y no esté en ninguna cache, debe salir a buscarla
a la memoria RAM.
Los primero microprocesadores y mother, venían con un slot externo sobre el mother
para expandir la memoria cache. Hoy en día, la memoria cache viene completamente integrada
en el encapsulado del procesador. Como se había mencionado, el costo de fabricación de esta
memoria es elevado, por eso a lo largo de la historia de los procesadores vamos a encontrar
algunos fabricantes que reducían esta memoria para abaratar los costos del producto final,
como ser los procesadores Celeron.
Parámetros de comparación
El parámetro más usual de medición de un microprocesador es su velocidad de
procesamiento. Esta se mide en Hz y son ciclos por segundo, en cada ciclo se puede ejecutar
al menos una instrucción. Hoy en día se han alcanzado velocidades de procesamiento por
encima de los 4 Mhz, cuatro millones de operaciones por segundo. Existe un problema eléctrico
y físico para poder seguir aumentando la velocidad en procesadores nuevos sin perder
estabilidad de funcionamiento, pero de todas formas siguen aumentando el rendimiento de los
micros sin aumentar la velocidad de proceso. Entonces, para los dispositivos modernos no
alcanza con conocer la velocidad, sino hacen falta algunos datos más. Por ejemplo los últimos
procesadores, incorporan más de un núcleo internamente, mejoran los buses internos de
transferencia de datos o incorporan GPU de video al procesador.
Núcleos del procesador
Un núcleo es la parte principal del procesador el cual ejecuta la instrucción, en este
punto separamos las memorias de trabajo, las unidades de control y las de entrada y salida.
Un microprocesador multi-núcleo es aquel que combina dos o más procesadores
independientes en un solo paquete, a menudo un solo circuito integrado. Un dispositivo de
doble núcleo contiene solamente dos microprocesadores independientes. La idea de esta
innovación tecnología, es utilizar en un mismo encapsulado dos o más procesadores,
obteniendo así un mayor rendimiento a las mismas velocidades de un solo núcleo.
En la década de los noventa y a principios del siglo XXI, lo más parecido a varios hilos
(llamamos hilos de ejecución a procesos simultáneos de operación) de ejecución, eran
sistemas con más de un procesador por placa, a lo que se denomina multi-procesador, pero
después llegaron los primeros procesadores con más de un solo núcleo por chip.
Prácticamente se trata de dos procesadores lógicos dentro de un mismo chip, pero a fin de
cuentas son dos procesadores dentro de uno. Poco a poco como es ley de vida, la cosa fue
evolucionando y llegaron los procesadores con más de dos núcleos por chip, los de cuatro
núcleos, los de seis, y ahora los de ocho núcleos por chip. Por esa razón es posible montar
maquinas potentes con multi-procesador con 16 núcleos en total, teniendo dos procesadores
de ocho núcleos cada uno. Hasta aquí todo bien, pero después se reciclo un sistema que se
empezó a poner de moda a principios de siglo, se trata de crear un segundo hilo de ejecución
en el mismo núcleo lógico físico. Es lo que se conoce como “hilos”. Un ejemplo claro lo
tenemos con todos los nuevos procesadores que están saliendo al mercado, como el Intel i7
por poner un ejemplo, o también un Pentium 4 HT. En el caso de los Intel i7, estos tienen
configuraciones de dos, cuatro y seis núcleos físicos, pero dos hilos de ejecución por cada
núcleo lógico físico, lo que hace que se duplique el número de hilos de un procesador. Por
ejemplo un procesador con cuatro núcleos y dos hilos de ejecución por núcleo, tendría ocho
hilos en total. El sistema operativo entiende un hilo como un núcleo virtual, porque a fin de
cuentas cuenta como un canal más de información para el procesador, que se utiliza
simultáneamente con el núcleo lógico físico. El nombre del Pentium 4 HT, viene de la
denominación Hyper-Threading, que en nuestro idioma significa “Multi-Hilo”.
Evolución
Ver presentación
Memoria
Son los circuitos electrónicos que permiten almacenar y recuperar la información. En un
sentido más amplio, puede referirse también a sistemas externos de almacenamiento, como las
unidades de disco o de cinta. En este curso sólo trataremos al semiconductor rápido de
almacenaje (RAM) conectado directamente al procesador, a la ROM y memorias
Memoria de acceso aleatorio o RAM
Es la memoria basada en semiconductores que puede ser leída o escrita por el
microprocesador u otros dispositivos de hardware. Es un acrónimo del inglés Random Access
Memory, el cual es bastante inadecuado puesto a que todas las pastillas de memoria son
accesibles en forma aleatoria, pero el término ya se ha arraigado. El acceso a posiciones de
almacenamiento se puede realizar en cualquier orden. Lo que se debe tener en cuenta sobre la
memoria RAM es que estas presentan un almacenamiento volátil, por ende cuando estas
quedan sin energía se pierde la información almacenada previamente.
RAM estática o SRAM
El almacenamiento en RAM estática se basa en circuitos lógicos denominados flip-flop,
que retienen la información almacenada en ellos mientras haya energía suficiente para hacer
funcionar el dispositivo (ya sean segundos, minutos, horas, o aún días), no es necesario un
refresco de la información constantemente, de ahí el nombre de estáticas. Un chip de RAM
estática puede almacenar tan sólo una cuarta parte de la información que puede almacenar un
chip de RAM dinámica de la misma complejidad, pero la RAM estática no requiere ser
actualizada y es normalmente mucho más rápida que la RAM dinámica (el tiempo de ciclo de la
SRAM es de 8 a 16 veces más rápido que las SRAM). También es más cara, por lo que se
reserva casi por completo su uso en las memoria Cache.
Otros tipos de SRAM
SRAM no volátiles: Las memorias SRAM no volátiles (NVRAM) presentan el
funcionamiento típico de las RAM, pero con la característica distintiva de que los datos
almacenados en ellas son preservados aun cuando se interrumpe la alimentación eléctrica
SRAM asíncrona: Las SRAM asíncronas están disponibles en tamaños desde 4Kb hasta
32Mb. Con un tiempo reducido de acceso, son adecuadas para el uso en equipos de
comunicaciones, como switches, routers, teléfonos IP, tarjetas DSLAM, y en electrónica de
automoción.
Sincrónica Estática RAM: SSRAM Es también un tipo de memoria caché. La RAM
sincronizada a ráfagas ofrece datos de modo sincronizado con lo que no hay retraso en los
ciclos de lectura, son de costo muy elevado.
PB SRAM: Pipeline Burst Static Random Access Memory. Es un tipo de memoria
estática pero que funciona a ráfagas mediante el uso de registros de entrada y salida,
mejorando el tiempo de acceso a la memoria.
RAM dinámica o DRAM
Las RAM dinámicas almacenan la información en circuitos integrados que contienen
condensadores, que pueden estar cargados o descargados. Como éstos pierden su carga en el
transcurso del tiempo, se debe incluir un circuito necesario para "refrescar" los chips de RAM
cada pocos milisegundos, para impedir la pérdida de su información, de ahí lo de dinámicas.
Algunas memorias dinámicas tienen la lógica del refresco en la propia pastilla, dando así gran
capacidad y facilidad de conexión a los circuitos. Estas pastillas se denominan casi estáticas.
Mientras la RAM dinámica se refresca, el procesador no puede leerla. Si intenta hacerlo en ese
momento, se verá forzado a esperar. Como son relativamente sencillas y más económicas, las
RAM dinámicas suelen utilizarse más que las RAM estáticas, a pesar de ser más lentas. Su
uso general es para la memoria de trabajo del S.O.
DRAM
Dynamic Random Access Memory. Memoria dinámica de acceso aleatorio. Usada en PC
como el 386 su velocidad de refrescamiento típica es de 80 ó 70 nanosegundos. Físicamente
aparece en forma de DIMMs o de SIMMs.
FPM: Fast Page Memory - Memoria en modo paginado. También es llamada FPM RAM,
FPM DRAM ó DRAM puesto que evoluciona directamente de ella es algo más rápida ya que su
velocidad es de 70 ó 60 nanosegundos. Físicamente aparece como SIMMs de 30 ó 72
contactos.
EDO RAM: Extended Data Output Random Access Memory – Memoria de acceso
aleatorio extendida de salida de datos. Evoluciona de la Fast Page Memory mejorando el
rendimiento en un 10% aproximadamente. Con un refrescamiento de 70, 60 ó 50
nanosegundos. Se instala sobre todo en SIMMs de 72 contactos, aunque también se puede
encontrar en forma de DIMMs de 168 contactos. La EDO permite mover un bloque completo de
memoria cosa que hasta el momento era dato por dato
SDRAM: Synchronous Dynamic Random Access Memory – Memoria de acceso aleatoria
sincronizado. Es casi un 20 % más rápida que le EDO RAM. La SDRAM entrelaza dos o más
matrices de memoria interna de tal forma que mientras se está accediendo a una matriz, la
siguiente se está preparando para el acceso. Es capaz de soportar velocidades de bus de 100
MHz por lo que su refrescamiento debe ser mucho más rápido alcanzando velocidades de 30
nanosegundos. Se encuentra físicamente en módulos DIMM de 168 contactos. Este tipo de
tecnología evolucionó y hoy se sigue usando en los módulos DIMM
Memorias ROM
Memorias de tipo de solo lectura, en donde los datos no se pueden modificar o para
hacerlo requieren algún proceso de grabado especial. Se utiliza principalmente para contener el
firmware (programa que está estrechamente ligado a hardware específico, y es poco probable
que requiera actualizaciones frecuentes) u otro contenido vital para el funcionamiento del
dispositivo, como los programas que ponen en marcha el ordenador y realizan los diagnósticos.
En su sentido más estricto, se refiere solo a máscara ROM -en inglés, MROM- (el más
antiguo tipo de estado sólido ROM), que se fabrica con los datos almacenados de forma
permanente, y por lo tanto, su contenido no puede ser modificado de ninguna forma. Sin
embargo, las ROM más modernas, como EPROM y Flash EEPROM, efectivamente se pueden
borrar y volver a programar varias veces, aun siendo descritos como "memoria de solo lectura"
(ROM). La razón de que se las continúe llamando así es que el proceso de reprogramación en
general es poco frecuente, relativamente lento y, a menudo, no se permite la escritura en
lugares aleatorios de la memoria. Se las divide en PROM, EPROM y EEPROM
VRAM
Memoria gráfica de acceso aleatorio (Video Random Access Memory) es un tipo de
memoria RAM que utiliza el controlador gráfico para poder manejar toda la información visual
que le manda la CPU del sistema. La principal característica de esta clase de memoria es que
es accesible de forma simultánea por dos dispositivos. De esta manera, es posible que la CPU
grabe información en ella, mientras se leen los datos que serán visualizados en el monitor en
cada momento. Hoy en día las placas de video adoptaron la tecnología DDR para sus
memorias, y se conocen como GDDR. Esta nomenclatura que utilizan no corresponde en
ningún aspecto con los módulos DDR de RAM. Por ende una GDRR5 de video no es una
DDR5 RAM, ni se acerca a las características de esta.
Otros tipos de memoria de video ya en desuso son: SAM, WRAM, SGRAM, 3DRAM y la
RAM extendida es la tomada de la memoria RAM por las placas de video integradas.