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3.1 La Placa Base
La placa base (mainboard) o placa madre (motherboard) es el elemento principal del ordenador; a ella se conectan todos los demás dispositivos, y hace que todos estos componentes funcionen en equipo. De ella dependerán los componentes que podremos instalar y las posibilidades de ampliación del ordenador. Físicamente es una placa de material sintético formada por circuitos electrónicos. Dicha placa base por tanto nos sirve para mantener conectados y comunicados entre sí todos los componentes hardware que la integran. 3.1.1 Factores de Forma El factor de forma de la placa base determina el tamaño y orientación de la placa con respecto a la caja, el tipo de fuente de alimentación necesaria y dicta los periféricos que pueden integrarse en la placa. Los más populares se exponen a continuación. AT. El único periférico integrado en una placa base AT es el conector de teclado. Baby-AT. Son más pequeñas que la AT, debido a la mayor integración en los componentes. Se llama así porque se monta en cajas AT. Fue el estándar absoluto durante años. Define una placa con unas posiciones determinadas para el conector del teclado, los slots de expansión y los orificios de anclaje a la caja, así como un conector eléctrico dividido en dos piezas P8 y P9. ATX. La diferencia a primera vista con las AT se encuentra en sus conectores, que suelen ser más. Además, reciben la electricidad mediante un conector formado por una sola pieza llamado P1. Las placas ATX ofrecen mayores ventajas: Mejor disposición de sus componentes. Mejor colocación de la CPU y de la memoria, lejos de las tarjetas de expansión y cerca del ventilador de la fuente de alimentación para recibir aire fresco procedente de este. Los conectores de la fuente de alimentación tienen una sola pieza y un único conector, que además no se pueden conectar incorrectamente. Los conectores para los dispositivos IDE y las disqueteras se sitúan más cerca, reduciendo la longitud de los cables. ITX. Creado por la marca VIA, diseñado para montar equipos compactos integrando todos los dispositivos. Las placas base con formato mini-ITX la suelen utilizar los procesadores Atom de la empresa Intel. BTX. Fue creado como sustituto del ATX con el fin de reducir su tamaño. Dicho formato es incompatible con el ATX, salvo la fuente de alimentación, dado que tiene las ranuras de expansión a la derecha en lugar de a la izquierda. Dicho formato no tuvo éxito en el mercado. LPX. Los slots para las tarjetas de expansión no se encuentran sobre la placa base, sino en un conector especial en el que está pinchada, la risercard. De esta forma, una vez montadas, las tarjetas de expansión quedan paralelas a la placa base, en vez de perpendiculares. Su único problema viene de que la risercard no suele tener más de dos o tres slots. NLX. Formato similar a LPX. Es un diseño nuevo incluyendo las mejoras y ventajas del ATX. Posee un conector tipo risercard en el lateral de la placa base donde se conecta una tarjeta con los slots de expansión, quedando las tarjetas paralelas a la placa base similar al formato LPX. WTX. Es un formato para estaciones de trabajo y servidores. Es un formato de gama alta para soportar varios procesadores y múltiples discos duros. Estas placas base tienen dos conectores para fuentes de alimentación.
3.2 Componentes de la placa base
Los principales componentes de una placa base podemos dividirlos en: Zócalo del microprocesador: es el conector donde se inserta el microprocesador o CPU.
Ranuras de memoria: son los conectores donde se instala la memoria principal del ordenador, la memoria RAM. También se les llama Bancos de memoria. Conjunto de chips o CHIPSET: que se encargan de controlar muchas de las funciones que se llevan a cabo en el ordenador. La BIOS: Sistema básico de Entrada/Salida (Basic Input/Output System), es un pequeño conjunto de programas almacenados en una memoria EPROM que permiten que el sistema se comunique con los dispositivos durante el proceso de arranque. Ranuras de expansión o slots: son las ranuras donde se introducen las tarjetas de expansión. Conectores externos: permiten que los dispositivos externos se comuniquen con la CPU, como por ejemplo el teclado o el ratón. Conectores internos: son los conectores para los dispositivos internos, como el disco duro, la unidad de DVD, etcétera. Conectores de energía: es donde se conectan los cables de la fuente de alimentación para que la placa base y otros componentes reciban la electricidad. La batería: gracias a ella se puede almacenar la configuración del sistema usada durante la secuencia de arranque del ordenador, la fecha, la hora, la password y los parámetros de la BIOS, etcétera. 3.2.1 Chipset El chipset es un conjunto (set) de circuitos lógicos (chips) que ayudan a que el procesador y los componentes del PC se comuniquen con los dispositivos conectados a la placa base y los controlen. El chipset realiza las funciones siguientes: Controla la transmisión de datos, las instrucciones y las señales de control que fluyen entre la CPU y el resto de elementos del sistema. Maneja la transferencia de datos entre la CPU, la memoria y los dispositivos periféricos. Ofrece soporte para el bus de expansión (más conocido como ranuras de entrada/salida). El chipset se divide en dos «chips» llamados Northbridge y Soudthbridge. Northbridge. Es el encargado de controlar los componentes de alta velocidad tales como la salida y entrada al microprocesador, la memoria RAM, las ranuras de expansión AGP y PCI-Express, gráfica para las placas base con vídeo integrado, y el Southbridge. Entre sus funciones principales destacan las siguientes: Controlar todo lo relacionado con el microprocesador, como la velocidad, el tipo de microprocesador, el número de procesadores que soporta la placa base, etc. También controla todo lo relacionado con la memoria RAM, como cantidad máxima de memoria soportada por la placa base, el modo de funcionamiento, etc. En los modelos de placa base con controladora gráfica integrada, es el encargado de llevar a cabo toda la gestión de vídeo. La velocidad del bus frontal FSB. En algunas arquitecturas más nuevas el controlador de memoria se encuentra integrado en el procesador; este es el caso de los Athlon 64 y Core i7 de Intel. Southbridge. También llamado puente sur, es el circuito integrado encargado de coordinar los diferentes dispositivos de entrada y salida y las funcionalidades de baja velocidad de la placa base. El Southbridge no se comunica directamente con la CPU, sino que lo hace a través del Northbridge. Las funciones que realiza el Southbridge son las siguientes: Llevar el control de la BIOS. Ofrecer soporte a los buses de expansión como los PCI, EISA, ISA, etc.
3.2.2.2 Para procesador Es el conector donde se inserta el microprocesador. Actualmente, los tipos más comunes de zócalo son: PGA. Consiste en un cuadrado de conectores en forma de agujero donde se insertan las patitas del chip por pura presión. ZIF (Zero Insertion Forcé) , es decir, zócalo de fuerza de inserción nula. Eléctricamente es como un PGA, aunque en este tipo de zócalo, el micro se inserta y se retira sin necesidad de hacer presión. La palanca que hay al lado del zócalo permite introducirlo sin hacer presión, evitando que se puedan doblar las patillas. Una vez colocado, al levantar la palanca el micro se liberará sin ningún problema. Slot. En vez de un rectángulo con agujeros para las patitas del chip, era una ranura (slot), una especie de conector alargado como los ISA o PCI. El slot 1 lo utilizaban los Pentium II y los primeros Pentium III, el slot 2 lo utilizaban los procesadores Xeon de Intel dedicados a servidores de red y el slot A lo utilizaba para los Athlon de AMD. LGA (Land Grid Array). En este tipo de zócalo, los pines están en la placa base en lugar de estar en el micro, mientras que el micro tiene contactos planos en su parte inferior. Esto permitirá un mejor sistema de distribución de energía y mayores velocidades de bus. Esta medida fue introducida por Intel para evitar la rotura de pines de los procesadores, pasando esta responsabilidad a los fabricantes de placas bases. AMD actualmente también fabrica procesadores sin pines. 3.2.3 Componentes integrados Las conexiones típicas de la interfaz de entrada/salida integradas en la placa base de los ordenadores actuales son las siguientes:
- Puertos del teclado y del ratón.
- Controlador de la disquetera.
- Controlador IDE, SATA. Se utiliza para conectar discos duros, unidades de CD, DVD y otros dispositivos.
- Puertos de comunicación serie y paralelo.
- Puertos USB.
- Conectares de audio, vídeo, módem y red. 3.2.4 La BIOS La BIOS ( Basic Input-Output System, Sistema básico de entrada-salida) es un conjunto de programas muy elementales grabados en un chip de la placa base denominado ROM BIOS que se encarga de realizar las funciones necesarias para que el ordenador arranque. La BIOS es la responsable de la mayoría de los mensajes que surgen tan rápido al encender el ordenador. Las BIOS se implementan en memoria de tipo Flash. Para la BIOS se usan memorias especiales, que no se borran al apagar el ordenador; memorias tipo CMOS. En realidad, estas memorias sí se borran al faltarles la electricidad, lo que ocurre es que consumen tan poco que pueden ser mantenidas durante años con una simple pila, en ocasiones las de botón. Esta pila en realidad es un acumulador que se recarga cuando el ordenador está encendido, aunque al final se gaste. Proceso de arranque Los pasos que realiza la BIOS en el proceso de arranque son los siguientes:
Lo primero que hace la BIOS es un chequeo de todos los componentes de hardware. Si encuentra algún fallo, avisa mediante un mensaje en la pantalla o mediante pitidos de alarma. Este chequeo o test se llama POST. Si el proceso POST no encuentra problemas, el proceso de arranque continúa. En este momento, la BIOS que arranca el ordenador busca la BIOS del adaptador de vídeo y la inicia. La información sobre la tarjeta de vídeo se muestra en la pantalla del monitor. Después de esto viene la información de la propia BIOS, que se refiere al fabricante y a la versión. La BIOS inicia una serie de pruebas del sistema, incluida la cantidad de memoria RAM detectada en el sistema. Los mensajes de error que surjan ahora se presentarán en la pantalla. A continuación, la BIOS comprueba los dispositivos que están presentes con sus características; por ejemplo, unidades de disco, CD-ROM. Si la BIOS soporta la tecnología Plug and Play, todos los dispositivos detectados se configuran. Al final de la secuencia, la BIOS presenta una pantalla de resumen de datos. Ahora le toca actuar al sistema operativo. Las BIOS actuales se puede modificar entrando en el llamado Setup de la BIOS; los parámetros de configuración básica se escriben en una memoria CMOS. La CMOS se alimenta permanentemente mediante una batería que suele tener forma de botón, de este modo, los valores almacenados se mantienen incluso si se apaga el ordenador. Para borrar el CMOS puede emplearse un reseteador de CMOS (CMOS-Reset-Jumper) o puede retirarse la pila durante unos segundos (una vez apagado el ordenador). 3.2.5 Buses de expansión 3.2.5.1 Concepto y funciones Un bus es un canal en el que fluye la información entre dos o más dispositivos, es decir, es un canal de comunicación entre dispositivos. Un bus en el que solo se pueden comunicar dos dispositivos es un puerto. La velocidad del bus viene expresada en MHz. El «ancho de banda» de un bus es la cantidad máxima de información que puede fluir por él en una unidad de tiempo determinado. Se expresa en bytes por segundo, así por ejemplo un bus de 32 bits y con una velocidad máxima de 33,33 MHz tiene un ancho de banda de 32 bits por ciclo de reloj x 33.333. ciclos de reloj por segundo = 1.066.666.656 bits por segundo, es decir, 133,33 Mbytes/segundo. 3.2.5.2 Características y tipos Los tipos de buses existentes en el mercado son los siguientes: Bus ISA. Bus de datos capaz de ofrecer hasta 16 MB/s. PCI (Peripheral Components lnterconnect): Es independiente de la CPU, puesto que entre estos dos dispositivos siempre habrá un controlador del bus PCI. Todos los dispositivos en ranuras PCI comparten el mismo Bus. Existen buses de 32 y 64 bits, con velocidades de 33 MHz, 66 Mhz y la de 64 bits con velocidad de 100Mhz. PCI Express: Al contrario que su predecesor paralelo, PCI Express es un sistema de interconexión serie punto a punto, capaz de ofrecer transferencias con una altísima velocidad. La notación x 1 , x4, x8 y x16 se refiere al ancho del bus o número de líneas disponibles. La conexión en el PCI Express es, además, bidireccional.
El conector verde o a veces azul o rojo es para el bus primario y el cable ha de ser de 80 hilos para aprovechar al máximo las posibilidades de este interface. El conector blanco es para cables de 40 hilos. SCSI : Es un interfaz que permite a los ordenadores comunicarse con los dispositivos mediante una controladora. SCSI fue diseñado para conectar todo tipo de dispositivos. SCSI presenta varias ventajas frente al interfaz IDE. Permite conectar un número más alto de dispositivos por controladora asignando a cada uno un número del 0 al 7 o al 15, dependiendo de los dispositivos que soporte la controladora. SCSI se distingue también por su velocidad, actualmente podemos llegar a obtener unas transferencias de 64 0MB/seg, que además se realizan de forma mucho más estable que en el caso del interfaz IDE. Este interfaz permite tanto la conexión de dispositivos internos como externos. SATA : Esta interfaz serie ha sido diseñada para sobrepasar los límites de la actual interfaz Parallel ATA. SAS o Serial Attached SCSI : Es una interfaz serie para transferir datos, es el sucesor del SCSI, si bien sigue utilizando comandos SCSI para comunicarse con los dispositivos SAS. Tiene un notable aumento de la velocidad de transferencia permitiendo la conexión y desconexión en caliente. Primera versión de SAS llamada SAS 300. La siguiente versión es la SAS 6 00. Desaparece el límite de conexión de dispositivos que estaba en 16 en el SCSI. El conector es el mismo que en la interfaz SATA. Por lo tanto, los discos SATA pueden ser utilizados por controladoras SAS pero no al revés. Otros conectores internos son: Los conectores para puertos USB adicionales. Los puertos USB del panel frontal de la caja se acoplan en estos conectores. Para los indicadores del panel frontal de la caja, como son el botón de encendido, el botón de reset, las luces que indican la actividad del disco duro o la alimentación del ordenador, los altavoces internos. El conectar CD-IN, para conectar el cable de audio al DVD o al CD. Los conectores para ventiladores (fan), como mínimo debe haber uno para la CPU, aunque lo normal es encontrar tres o más: CPU-FAN, SYSTEM-FAN, POWER-FAN, NORTHBRIDGE-FAN, etc. Los conectores para salida digital de sonido SPDIF. S/PDIF (Sony/Philips Digital interface). Es un formato estándar para archivos de transferencia de audio. Permite transmitir sonido de forma digital de un dispositivo a otro. También podemos encontrarnos en las placas base más modernas una serie de jumpers que nos permitirán configurarlas para que puedan admitir dos, tres o más tarjetas de vídeo en los conectores PCI Express x1 6 ; se trata de los jumpers SLI. SLI es una tecnología que permite aumentar el rendimiento gráfico de nuestro PC, al poder conectar dos tarjetas gráficas para que produzcan una sola señal sumando la potencia de ambas. Conectores de energía Estos conectores sirven para conectar los cables de la fuente de alimentación a la placa base. Algunos de ellos son el conector ATX de 12 voltios de 4 pines, que se suele nombrar en las placas base como ATX_12V (Power Connector) y el conector ATX de 24 pines (Main Power Connector)
3.2.6.2 Controladores y conectores externos. Funciones y características Puertos PS2 para teclado y ratón. El puerto PS/2, se utiliza para conectar el teclado y el ratón. El teclado y el ratón se tienen que colocar en su conector correcto, de lo contrario no funcionaría. Es fácil identificarlos por los colores; el puerto de color verde es el del ratón y el de color lila es el del teclado. Tarjeta de Sonido : La tarjeta de sonido es la encargada de transformar los archivos informáticos sonoros que están en un formato digital (números) en un formato analógico (corrientes eléctricas) que puedan ser reproducidos por los altavoces. Podemos encontrar los siguientes conectores: De color naranja, salida central/subwoofer (1). De color azul claro, entrada de línea (2). De color negro, altavoces traseros (3). De color verde, altavoces delanteros (4), De color gris, altavoces laterales (5). De color rosa, micrófono (6) Figura - 1. Conectores de audio En placas base más modernas, también se encuentran los conectores S/PDIF redondos para cable coaxial (RCA) o cuadrados para cable óptico (conector TOSLINK). Se utilizan para conectar el PC a un sistema externo de audio. Red : Un adaptador o tarjeta de red es el elemento fundamental en la composición de la parte física de una red de área local. El adaptador puede venir incorporado o no con la placa base. Paralelo : El funcionamiento del puerto paralelo se basa en la transmisión de datos simultáneamente por varios canales. El puerto físico es el LPT 1. Su conector es del tipo DB 25 hembra (suele ser de color rosa) el cual cuenta con 25 pines. Existen tres versiones de este puerto diferenciándose en la velocidad de transmisión y el sentido de transmisión que son las siguientes: Puerto paralelo estándar (SPP): Era un puerto solo de salida. Puerto paralelo extendido (EPP): Puerto bidireccional de características mejoradas respecto del SPP tradicional, alcanzando velocidades de transferencia de hasta 1 MB/s. Es compatible con SPP. Puerto paralelo mejorado (ECP): Puerto paralelo bidireccional de alta velocidad. Este nuevo diseño, dispone de acceso directo a memoria. Es compatible con SPP y EPP. Los equipos modernos disponen de puertos paralelo multimodales, que puede ser establecido mediante el programa de setup de la BIOS. En estos casos la configuración por defecto suele ser compatibilidad ECP. La desventaja de este puerto es que no se pueden transmitir datos a distancias mayores de 4 o 5 metros. Serie : Este puerto es de entrada y salida de datos para modem, ratón, impresora, etc. La transmisión de datos se realiza por una sola línea fulI dúplex, es decir que puede enviar y recibir información simultáneamente. Los puertos físicos se denominan COM 1 que se utilizaba generalmente para comunicarse con el ratón y el COM 2 utilizado generalmente para comunicarse con el modem u otros dispositivos. Los conectores que utiliza este puerto son el DB 9 macho (ratón) y DB 25 macho (periféricos externos).
Thunderbolt : La información se mueve mediante pulsos de luz, y no a través de electricidad como en otras interfaces. Originalmente ideado para ser usado con fibra óptica pero fabricado con cobre para acelerar su llegada, promete velocidades de 10 Gigabits por segundo a corto plazo y 100 Gigabits por segundo a largo plazo en ambos sentidos simultáneos. Esos 10 Gbps equivalen a unos 1.25 GB/s. Velocidad (bits/s) Velocidad (bytes/s) Thunderbolt 10 Gbit/s 1,25 GB/s Thunderbolt 2 20 Gbit/s 2,5 GB/s Thunderbolt 3 40 Gbit/s 5 GB/s Otro dato muy importante es que el ancho de banda es bidireccional, es decir, tendremos 10 Gbps en cada sentido. Thunderbolt además proporciona 10 vatios de alimentación para periféricos. El máximo de equipos conectados es de 7 (incluido el propio PC, que cuenta como uno), siendo la longitud máxima de los cables eléctricos de 3 m (en el caso de los enlaces ópticos esta distancia puede alargarse más de una docena de metros). Puertos VGA y DVI. Se utilizan para conectar el monitor al PC. Durante años se ha usado el conector analógico o VGA de 15 pines mini sub DB 15. Sin embargo, al ser digitales, los monitores LCD pueden aceptar directamente la información en formato digital. Por este motivo apareció un tipo de interfaz DVI. Hay varios tipos de conectores DVI, dependiendo de los tipos de señal que sean capaces de transmitir: Los tipos, que se pueden ver en la imagen superior, son tres: DVI-D transmite sólo digital. DVI-A transmite sólo analógica. DVI-I transmite tanto señal digital como analógica. A su vez, los tipos DVI-D y DVI-I pueden ser duales (DL o Dual Link), es decir, que pueden admitir dos enlaces. HDMI. HDMI permite el uso de vídeo computarizado, mejorado o de alta definición, así como audio digital multicanal en un único cable. El conector estándar de HDMI tipo A tiene 19 pines. Longitud del cable de 5 m hasta los 15 m (con fibra óptica hasta los 100 m). Velocidad (bits/s) Velocidad (bytes/s) HDMI 1.0 4.95 Gbit/s 0.619 GB/s HDMI 1.3 10.2 Gbit/s 1.275 GB/s HDMI 2.0 18 Gbit/s 2.25 GB/s HDMI 2.1 48 Gbit/s 6 GB/s
> HDMI 1.0 : Permite hasta 1080p/60Hz de resolución y 8 canales de audio en 192 kHz/24-bit. > HDMI 1.2 : Igual que la anterior y además añade soporte para One Bit Audio, utilizado en SACD. > HDMI 1.3 : Se añade soporte para Dolby TrueHD y DTS-HD. > HDMI 1.4 : Permite enviar y recibir datos a través de una conexión Ethernet en el mismo cable. Además la resolución máxima se incrementa hasta 4096 × 2160 píxeles a 24 FPS o 3840 × 2160 a 30 FPS. > HDMI 2.0 : Permitiendo vídeo en resoluciones 4K, soporte para 32 canales de audio a 1536 kHz y capacidad para transportar la señal simultánea de hasta 2 streaming de vídeo. > HDMI 2.1 : Añade soporte para resoluciones más altas y mayores frecuencias de refresco, incluyendo 4K 120 Hz y 8K 120 Hz. HDMI 2.1 también introduce una nueva categoría de cable HDMI llamada "48G" que certificará los cables a las nuevas velocidades más altas que estos formatos requieren. La resolución máxima soportada es de 10K a 120 Hz. Nos podemos encontrar en el mercado 5 tipos de conectores HDMI diferentes. Se trata de los tipos “A”, "B", “C”, “D” y "E", si bien sólo los cuatro primeros son usados de forma habitual. Debemos tener en cuenta además que las últimas versiones de HDMI son retrocompatibles y que podremos usar las más modernas para los dispositivos que precisen de las otras más antiguas. 3.2.7 Baterías 3.2.7.1 Funciones La pila del ordenador, se encarga de conservar los parámetros de la BIOS cuando el ordenador está apagado. Sin ella, cada vez que encendiéramos el ordenador tendríamos que introducir las características del disco duro, del chipset, la fecha y la hora, etc. Se trata de un acumulador, pues se recarga cuando el ordenador está encendido. 3.2.7.2 Tipos Existen, como hemos citado anteriormente, dos tipos de pilas: Cilindrica : Este tipo de pilas iban soldadas a unas patillas que tenía la placa base, por tanto para su cambio teníamos que desoldar las patillas. De botón : Estas pilas son de litio y son fáciles de sustituir cuando se agotan, simplemente hay que aflojar unas pestañas que lleva a ambos lados y se extrae la pila hacia arriba. Actualmente son las que se utilizan.
- Número de núcleos.
- Ancho de banda del bus de datos hoy día ronda valores entre los 533 Mhz, hasta los 3000 MHz.
- Controlador de memoria.
- Latencia que mide el tiempo de respuesta de la memoria caché.
- Tipo de memorias que requiere para funcionar. 3.4.2.1 Procesadores mononúcleo A continuación mostramos un esquema de arquitectura de los procesadores mononúcleo. Haremos una breve descripción de cada una de las partes lógicas que integran un procesador:
- Unidad de control : Se encarga de buscar las instrucciones en la memoria principal, y pasarlas al decodificador para ejecutarlas, empleando para ello la unidad de proceso.
- Decodificador de instrucciones : Es el encargado de interpretar e implementar la instrucción.
- Unidad aritmeticológica : Es la parte de la CPU encargada de realizar las operaciones aritméticas y lógicas sencillas tales como suma, multiplicación, comparación de valores, etc.
- Unidad de coma flotante : ( FPU ), es conocida como, coprocesador matemático. Es una parte de la CPU encargada de realizar las operaciones de cálculo en coma flotante.
- Caché nivel 1 o L1 : Es una memoria volátil integrada en el núcleo del procesador, que trabaja a la misma velocidad que este. Su función es almacenar los datos más frecuentes para una mayor rapidez de localización y ejecución de estos.
- Caché nivel 2 o L2 : Es una memoria volátil integrada también en el procesador, aunque no directamente en el núcleo de este. La finalidad es la misma que la caché de nivel 1 o L1, pero algo más lenta que esta.
- Caché nivel 3 o L3 : Más lenta que la L1 y L2. No todos los microprocesadores la tienen.
- Bus trasero o BSB : Es la conexión entre el microprocesador y su memoria caché o de segundo nivel o L2.
- Bus frontal o FSB : Es el bus usado como principal en algunos de los microprocesadores de la marca Intel para comunicarse con el chipset. En los nuevos procesadores de Intel se utiliza el Intel QuickPath Interconnect y en los AMD se usa el HyperTransport. 3.4.2.2 Procesadores multinúcleo En la siguiente figura se muestra el esquema de un procesador de doble núcleo.
Manteniendo todas las partes descritas anteriormente de los procesadores mononúcleo podemos añadir las siguientes partes lógicas:
- Controlador de memoria integrado : Controlador de memoria para hacer más rápido el acceso a la memoria RAM al reducir la latencia.
- Bus de transporte de alta velocidad : Es un bus de E/S para comunicarse con el sistema. 3.4.3 Características La principal característica de un procesador es la velocidad. Esta se mide en megahercios (MHz), aunque esto es solo una medida de la fuerza bruta del micro. Las características principales son: Velocidad : Hoy en día, todos los micros modernos tienen dos velocidades: Velocidad interna : Es la velocidad a la que funciona el micro internamente. Velocidad externa o de bus : También se le denomina «FSB», es la velocidad con la que se comunican el micro y la placa base. Dado que la placa base funciona a una velocidad y el micro a otra, este último dispone de un multiplicador que indica la diferencia de velocidad entre la velocidad FSB y el propio micro. La cifra por la que se multiplica la velocidad externa o de la placa para dar la interna o del micro es el multiplicador; por ejemplo, un Pentium III a 450 MHz utiliza una velocidad de bus de 100 MHz y un multiplicador 4,5x. Caché : Es una memoria de la cual disponen los microprocesadores para almacenar las últimas instrucciones procesadas o las futuras a procesar. Hoy día todos los procesadores tienen una caché de nivel 1 o L1, otra de nivel 2 o L2 y otra más de nivel 3 o L3. La de nivel 1 o L1 es de menor capacidad que la de nivel 2 o L2, así mismo la velocidad de la L1 es mayor que la de la L2 al encontrarse más próxima al núcleo. También existe la caché de nivel 3 o L3 que está usando en los procesadores más modernos, es una memoria de mayor capacidad que la L2, pero más lenta. Las nomenclaturas que nos podemos encontrar hoy día en las cachés son las siguientes: Caché de «X» MBytes : En este caso, el valor que nos indique es compartido por todos los núcleos del procesador. Caché «X» KBytes + «Y» KBytes : En este caso nos indica que tiene una capacidad de «X» para instrucciones y una capacidad de «Y» para datos. Caché X x Y MBytes : En este caso el primer valor «X» nos indica el número de núcleos y el segundo valor «Y» la capacidad de memoria por cada núcleo.
Con la llegada del Pentium III en 1998 se incorporaron al micro 70 nuevas instrucciones, llamadas SSE, también conocidas como MMX-2. Sus ventajas son: Las instrucciones SSE permiten efectuar cálculos matemáticos con números con coma flotante, al contrario que las MMX, que solo los realizan con números enteros Las instrucciones SSE pueden emplearse simultáneamente con la FPU o con instrucciones MMX. El Pentium IV añade las instrucciones SSE2 (Streaming SIMD Extensions 2), 144 nuevas instrucciones, algunas de ellas capaces de manejar cálculos de doble precisión de 128 bits en coma flotante. La extensión SSE3 fue introducida con el núcleo del Pentium 4 5xx, brindando nuevas instrucciones matemáticas y manejo de procesos (threads). SSSE3 (Supplemental SSE3) es una mejora menor de esta extensión, fue presentada en los procesadores Intel Core 2 Duo y Xeon. Fueron agregadas 32 nuevas instrucciones con el fin de mejorar la velocidad de ejecución. SSE4 es una mejora importante del conjunto de instrucciones SSE. 3.4.5 Partes físicas de un microprocesador En un micro podemos diferenciar las siguientes partes independientemente si es mononúcleo o multinúcleo: El encapsulado : Es lo que rodea a la oblea de silicio en sí, para darle consistencia, impedir su deterioro y permitir el enlace con los conectares externos que lo acoplarán a su zócalo o a la placa base. La memoria caché : Es la memoria ultrarrápida que emplea el micro para tener a mano ciertos datos que previsiblemente serán utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM, reduciendo el tiempo de espera. El coprocesador matemático : También se le conoce como la FPU (Floating Point Unit, Unidad de coma Flotante). El resto del micro : El cual tiene varias partes (unidad de control, registros, etc.) que ya se detallaron anteriormente. 3.4.6 Arquitecturas de 32 y 64 bits Cuando se habla de arquitecturas de 32, 64 o 128 bits se hace referencia al ancho de los registros con los que trabaja la ALU, o al ancho de los buses de datos o de direcciones. La arquitectura de los ordenadores de 64 bits tiene integrados registros que son de 64 bits, que permite soportar datos de 64 bits. 3.4.7 Diferencias entre 32 y 64 bits Las arquitecturas de 32 bits tienen una serie de limitaciones: Números en rango 232. Este límite implica que toda operación realizada se encuentra limitada a números en un rango de 232 (puede representar números desde 0 hasta 4294967295); en caso de que una operación dé como resultado un número superior o inferior a este rango, ocurre lo que es conocido como un overflow o underflow, respectivamente. Al utilizar un procesador de 64 bits, este rango dinámico se hace 2^64 , lo cual se incrementa notablemente comparado con un procesador de 32 bits.
Límite memoria 4 GB. La arquitectura de 32 bits se encuentra en la incapacidad de mapear/controlar la asignación sobre más de 4GB de memoria RAM.
3.5 Refrigeración
Todo circuito electrónico al paso de la corriente eléctrica, produce un desprendimiento de calor. Dicho calor es más elevado cuanto más alta sea la tensión y la velocidad a la que trabaje. La temperatura puede hacer que un dispositivo sea inestable, es decir, que cometa errores en el procesamiento de datos. Para eliminar dicho calor del procesador existen varias técnicas. 3.5.1 Aire Los procesadores vienen provistos de un disipador sobre el que va montado un ventilador. Un disipador es un objeto de superficie metálica con curvaturas sucesivas para aumentar la superficie de la misma. La idea consiste en que el disipador absorba el calor del micro para que seguidamente pase al aire. El ventilador colocado sobre el disipador ayudará en la tarea de extraer el aire caliente de las ranuras del disipador haciendo circular este con mayor velocidad. Debemos extraer el aire caliente almacenado en el interior. Para ello partimos de la teoría de que el aire caliente tiende a subir y el frío a bajar. De esta forma habrá una mayor acumulación de aire caliente en la parte superior, por lo que lo ideal sería la colocación de un ventilador extractor en la parte superior. Podemos también instalar un segundo ventilador, en este caso tendremos que tener en cuenta la posición, es decir, uno lo tendremos que colocar para que introduzca el aire en la caja y el segundo para que absorba dicho aire. Es decir tendremos que procurar crear un flujo de aire entre el ventilador «entrante» y «saliente». 3.5.2 Líquida La refrigeración líquida es otro sistema alternativo y consta de los siguientes componentes: Bloques de agua. Es donde se pone en contacto el componente que debemos refrigerar con el circuito. Bloques para Chipset : Son los bloques encargados de intercambiar el calor con los chipset de la placa base. Bloques para Microprocesador : Es el bloque que está destinado a intercambiar el calor con el microprocesador. Bloques para Disco Duro : Son los bloques destinados a intercambiar el calor con los discos duros. Bloques para Tarjeta Gráfica : Son los bloques que están destinados a intercambiar el calor con el chip de la tarjeta gráfica. Bloque memoria : Son los bloques que están destinados a intercambiar el calor con los módulos de memoria y con ello aumentar su rendimiento. Radiador : Es donde se enfría el agua, generalmente a base de ventiladores de gran tamaño. Suelen contar con una gran superficie que facilita la disipación de calor. Bomba de agua : Es la encargada de mover de forma constante el líquido para que mantenga un flujo constante dentro del circuito. Tanque : Es el depósito donde echamos el agua que va a circular por el circuito de refrigeración. La podemos mezclar con algún aditivo para conseguir una mayor eficacia en la refrigeración.
3.7 La Memoria RAM
En general, la memoria del sistema se encarga de almacenar los datos de forma que esta esté accesible para la CPU. El sistema de memoria de los ordenadores modernos consta de varias secciones con diferentes tareas: La memoria de trabajo o RAM (Random Access Memory). Es la memoria principal del ordenador que se puede leer y escribir con rapidez. Es volátil, es decir, pierde sus datos al apagar el ordenador. El tamaño se mide en megabytes o gigabytes. La memoria caché. Es más rápida que la memoria RAM y se usa para acelerar la transferencia de datos. En ella se almacenan datos de la memoria principal a los que accederá el microprocesador próximamente. Justo antes de necesitar esos datos, se seleccionan y se colocan en dicha memoria. La memoria CMOS , que almacena datos de configuración física del equipo. Al ejecutar el programa Setup se pueden cambiar los datos almacenados allí. La ROM o memoria de solo lectura (Read Only Memory). Aunque es de solo lectura, sí se puede modificar una o más veces dependiendo del tipo de ROM. La BIOS de los ordenadores actuales está grabada en una ROM (EEPROM), más conocida como Flash-ROM, que nos permitirá actualizarla. La memoria gráfica o de vídeo. Dedicada a satisfacer las necesidades de la tarjeta gráfica. Muchas tarjetas gráficas la llevan integrada, pero otras de gama baja emplean parte de la memoria RAM. Algunos parámetros a tener en cuenta en la memoria son: La velocidad. Se mide en megahercios (MHz). Por ejemplo, si la velocidad de una memoria es de 800 MHz, significa que con ella se pueden realizar 800 millones de operaciones (lecturas y escrituras) en un segundo. El ancho de banda o tasa de transferencia de datos. Es la máxima cantidad de memoria que puede transferir por segundo, se expresa en megabytes por segundo (MB/s) o en gigabytes por segundo (GB/s) Dual Channel. Permite a la CPU trabajar con dos canales independientes y simultáneos para acceder a los datos. Es imprescindible rellenar los bancos de memoria con dos módulos de idénticas características. Triple Channel. Permite a la CPU trabajar con tres canales independientes y simultáneos para acceder a los datos. Es imprescindible rellenar los bancos de memoria con tres módulos de idénticas características Tiempo de acceso. Es el tiempo que tarda la CPU en acceder a la memoria. Se mide en nanosegundos (un nanosegundo = 10-^9 segundos). Latencia. Es el retardo producido al acceder a los distintos componentes de la memoria RAM. Latencias CAS o CL Indica el tiempo (en número de ciclos de reloj) que transcurre desde que el controlador de memoria envía una petición para leer una posición de memoria hasta que los datos son enviados a los pines de salida del módulo. Cuanto menor sea, más rápida será la memoria. ECC (Error Checking and Correction). Todas las memorias RAM experimentan errores, debido a factores tales como fluctuaciones de energía, interferencias, componentes defectuosos, etc. Las memorias ECC son capaces de detectar y corregir algunos de estos errores. 3.7.1 Función La función de la memoria principal es almacenar datos e instrucciones de programa de forma temporal. Cualquier resultado parcial o final de cualquier proceso así como todas las operaciones de entrada y salida deben almacenarse obligatoriamente en esta memoria.
3.7.2 Latencia de memorias Se denominan latencias de una memoria RAM a los diferentes retardos producidos en el acceso a los distintos componentes de esta última. Estos retardos influyen en el tiempo de acceso de la memoria por parte de la CPU, el cual se mide en nanosegundos (10-^9 s). Las latencias de las memorias vendrán indicadas con estos números: CL-tRCD-tRP-tRAS-CMD. Para entenderlos, tenga en cuenta que la memoria está internamente organizada como una matriz, donde los datos se almacenan en la intersección de las líneas y columnas. CL: Latencia CAS. El tiempo que tarda entre el envío de un comando a la memoria y el momento en que comienza a responderle. Es el tiempo que transcurre entre que el procesador pide algunos datos de la memoria y luego los devuelve. tRCD: Retardo RAS a CAS. El tiempo que tarda entre la activación de la línea (RAS) y la columna (CAS) donde se almacenan los datos en la matriz. tRP: Precarga RAS. El tiempo que transcurre entre la desactivación del acceso a una línea de datos y el inicio del acceso a otra línea de datos. tRAS: retardo activo a la precarga. Cuánto tiempo tiene que esperar la memoria hasta que se pueda iniciar el siguiente acceso a la memoria. CMD: Velocidad de comando. El tiempo que transcurre entre la activación del chip de memoria y el envío del primer comando a la memoria (es el tiempo que se tarda entre que se da la señal para seleccionar el chip de memoria que se va a usar - puede ser cualquiera de los chips que hay dentro de cada banco de memoria - y el comienzo de un ciclo de lectura de ese chip de memoria). A veces este valor no se anuncia. Normalmente es T1/N1 (1 ciclo de reloj) o T2/N2 (2 ciclos de reloj). Cuanto más bajo (1T), más rápido es el rendimiento, pero 2T se usa para mantener la estabilidad del sistema. 3.7.3 Tipos de memorias según su tecnología 3.7.3.1 RAM estática La información está memorizada en forma permanente, por lo menos mientras se encuentre encendida la computadora. Los circuitos podrán adquirir dos estados estables, equivalentes (0 y 1). 3.7.3.2 RAM dinámica La información tiende a perderse con el tiempo. Las memorias dinámicas presentan un inconveniente, la carga almacenada como toda carga está sujeta a pérdidas, de este modo para mantener la información es preciso refrescarla cada 1 o 2 milisegundos. La operación de refresco (refresh) consiste en leer el dato y rescribirlo, pero esta operación presenta dos inconvenientes, ante todo es necesario contar con una lógica de refresco situada en el mismo SIMM de memoria y en segundo lugar, puede llegar a surgir que el procedimiento de refresco llegue a interferir con el trabajo del microprocesador. DRAM (Dynamic Random Access Memory) Memoria dinámica de acceso aleatorio. Físicamente aparece en forma de DIMMs o de SIMMs. SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) Memoria de acceso aleatoria sincronizado. Es capaz de sincronizar todas las señales de entrada y salida con la velocidad del reloj de sistema. Se encuentra físicamente en módulos DIMM de 168 contactos. Puede soportar velocidades de
