Procesador y Chipset

Procesador.

El procesador es el cerebro del sistema, encargado de procesar toda la información. Básicamente, es el "cerebro" de la computadora. Prácticamente, todo pasa por él, ya que es el responsable de ejecutar todas las instrucciones existentes. Mientras más rápido vaya el procesador, más rápido serán ejecutadas las instrucciones.

Es el componente donde es usada la tecnología más reciente. Los mayores productores de procesadores en el mundo, son grandes empresas con tecnología para fabricar procesadores competitivos para computadoras: Intel (que domina el mercado), AMD, Vía e IBM, que fabrica procesadores para otras empresas, como Transmeta. 

Algunos de los modelos más modernos, y los cuales cuentan con la tecnoogía más avanzada de la actualidad son el Intel Core Sandy Bridge en sus variabtes i3, i5 e i7, el AMD Fusion y FX, los cuales pueden incorporar hasta 8 núcleos.

Los anteriormente mencionados cubren la mayoría de las necesidades en computadoras de escritorio, mientras que para dispositivos portátiles como celulares y tablets podemos contar con procesadores ARM, Atom, Tegra2 y Snapdragon.

Procesadores.

El procesador es el componente más complejo y frecuentemente más caro, pero él no puede hacer nada solo. Como todo cerebro, necesita de un cuerpo, que es formado por los otros componentes de la computadora, incluyendo la memoria, el disco duro, la placa de vídeo y de red, monitor, teclado y mouse.

Las dos firmas más importantes, fabricantes de procesadores, son Intel y AMD. Cada una de esas empresas adopta una determinada nomenclatura para otorgarle información al consumidor a partir del nombre del procesador.Aparentemente la nomenclatura de esos procesadores es un tanto confusa, pero con un poco de atención podemos identificar muchas de sus características.

Chipset.

Se trata de un grupo de circuitos integrados que están colocados de fábrica en el cuerpo de la motherboard.

El Chipset se encarga de entablar la conexión correcta entre la placa madre y diversos componentes esenciales de la PC, como lo son el procesador, las placas de video, las memorias RAM y ROM, entre otros. 

Por este motivo, la existencia del chipset es fundamental para que nuestra computadora funcione, ya que es el encargado de enviar las ordenes entre la motherboard y el procesador, para que ambos componentes puedan lograr trabajar con armonía. 

En otras palabras, es este pequeño elemento el que permite que la motherboard sea el eje principal de todo el sistema de hardware de nuestra PC, y permite la comunicación constante entre diversos componentes, a través del uso de los buses. 

Por otra parte, el chipset mantiene una comunicación directa y permanente con el procesador, y se encarga de administrar la información que ingresa y egresa a través del bus principal del procesador. Incluso su función se extiende a las memorias RAM y ROM y a las placas de video. 

Con el fin de permitir que la motherboard se interconecte con los componentes principales de la PC a través del chipset, este elemento suele estar fabricado en base a interfaces estándar que puedan brindar soporte a diversos dispositivos de distintas marcas.

Chipset.

Actualmente, existen dos tipos de chipset: los denominados Northbridge y Southbridge, que no sólo se caracterizan por estar ubicados en dos extremos opuestos de la motherboard, sino que además se encargar de realizar diferentes tareas. 

El Northbridge 

También llamado puente norte, es el encargado de interconectar el microprocesador y la memoria RAM, controlando todas las tareas de acceso entre estos elementos y los puertos PCI y AGP. Al mismo tiempo, el Northbridge mantiene una comunicación permanente con el Southbridge. 

El Southbridge 

Conocido también como puente sur, se encarga de comunicar el procesador con todos los periféricos conectados al equipo. 

Asimismo, su función también reside en controlar los diversos dispositivos que se hallan asociados a la motherboard, como los puertos USB, la disquetera, las unidades ópticas, los discos rígidos, y un largo etcétera. 

Componentes De La Computadora

Unidad de proceso central (CPU).

Es la unidad encargada de controlar y gobernar todo el sistema que comprende una computadora. La CPU consiste en un circuito integrado formado por millones de transistores, que está diseñado para poder procesar datos y controlar la máquina. Como ya sabéis, es un factor clave para la potencia de la computadora. La CPU dispone de dos unidades en su interior: la unida de control y la unidad aritmético-lógica.

Unidad de control.

La unidad de control se encarga de leer las instrucciones (de los programas almacenados en la memoria) y se encarga de enviar las ordenes a los componentes del procesador para que ejecuten las instrucciones.

El proceso empieza cuando llega una instrucción al registro de instrucciones (llega como una cadena de bits con distintas partes, referidas a la propia instrucción y a los datos que se usarán). Posteriormente el decodificador interpreta la instrucción a realizar y como deben de actuar los componentes del procesador para llevarla a cabo. Esta acción se realiza mediante el secuenciador que envía micro-órdenes marcadas por el reloj (que genera pulsos de forma constante, se suele expresar su velocidad en gigahercios o GHz, para los procesadores actuales).

Diagrama de la unidad de control.

Unidad Aritmético Lógica (ALU).

La unidad aritmético lógica es la encargada de realizar todas las operaciones aritméticas (sumas, multiplicaciones…) y lógicas (comparaciones).

Esta unidad puede tener distintos diseños, el de la imagen superior muestra el diseño más básico (donde el acumulador vuelve a usarse en la operación), en la actualidad lo normal es que el acumulador no se mezcle con los registros de entrada.

El funcionamiento con el diseño que estamos analizando (el básico) comienza cuando le llega al registro de entrada un dato (una cadena de bits que representan un número), posteriormente el circuito operacional (en la imagen se representa como “ALU” y coloreado azul) y se procesa junto al contenido del acumulador y posteriormente se deposita de nuevo en el acumulador. Repitiendo esta acción se generan los cálculos. Este proceso se ve claramente en la representación que hay más abajo.

Diagrama de la unidad aritmético lógica.

Memoria principal.

La memoria principal en la arquitectura inicial era directamente la RAM, pero esto ha evolucionado y se han añadido memorias caché e implementado algoritmos que predicen que datos vamos a usar más frecuentemente.

La memoria RAM es bastante sencilla, en comparación con la CPU, se podría decir que es una tabla, que contiene la dirección (o lugar) donde está cierto dato y el contenido del propio dato. La memoria dispone de un registro de direcciones (RDM) y un registro de intercambio de memoria (RIM o registro de datos). En el registro de direcciones se almacena la dirección en la que se almacenará o leerá un dato, y en el registro de intercambio de memoria se almacena ese dato leído o que se almacenará.

Cuando hablamos de direcciones de memoria a muchos os sonará de los “punteros” de C, y es por esto que es esencial conocer la arquitectura de Von Neumann antes de aprender a programar en ciertos lenguajes que actúan a más bajo nivel.

La unidad de control contiene el registro contador de programa, que contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción, que se incrementa tras realizar una instrucción y así va recorriendo la memoria y ejecutando el programa.

Buses

Todos estos elementos se comunican entre si a través de buses, ya sea para manejar las acciones a realizar por la máquina o para mover datos. Hay tres tipos de buses.

El bus de datos perite el intercambio de datos (ya sean instrucciones o datos) con el resto de elementos de la arquitectura. Es decir, mediante el bus de datos la unidad de control recibe las instrucciones y la ALU los datos desde la memoria, al igual que también los envían por este medio.

El bus de instrucciones transmite las direcciones de memoria que van a ser usadas desde la CPU, para poder seleccionar los datos que serán usados.

El bus de control es el que transporta las ordenes generadas por la CPU para controlar los diversos procesos de la máquina.

Arquitectura de Harvard

Concepto.

En esta arquitectura se utilizan dispositivos separados para las instrucciones y los datos, para que haya mayor rapidez se utiliza la memoria cache dividida, para procesar los datos e instrucciones, es efectivo cuando la lectura de datos e instrucciones es la misma.

Una de las memorias contiene solamente las instrucciones del programa (Memoria de Programa), y la otra sólo almacena datos (Memoria de Datos).

Ambos buses son totalmente independientes lo que permite que la CPU pueda acceder de forma

independiente y simultánea a la memoria de datos y a la de instrucciones. Como los buses son independientes estos pueden tener distintos contenidos en la misma dirección y también distinta longitud.

También la longitud de los datos y las instrucciones puede ser distinta, lo que optimiza el uso de la memoria en general.

Para un procesador de Set de Instrucciones Reducido, o RISC (Reduced Instrucción Set Computer), el set de instrucciones y el bus de memoria de programa pueden diseñarse de tal manera que todas las instrucciones tengan una sola posición de memoria de programa de longitud.

Además, al ser los buses independientes, la CPU puede acceder a los datos para completar la ejecución de una instrucción, y al mismo tiempo leer la siguiente instrucción a ejecutar.

Ventajas de esta arquitectura:

* El tamaño de las instrucciones no esta relacionado con el de los datos, y por lo tanto puede ser

optimizado para que cualquier instrucción ocupe una sola posición de memoria de programa,

logrando así mayor velocidad y menor longitud de programa.

* El tiempo de acceso a las instrucciones puede superponerse con el de los datos, logrando una

mayor velocidad en cada operación.

En la arquitectura de von Neumann se producen en la CPU una cierta ralentización debido a que instrucciones desde la memoria junto con los datos deben pasar por un único canal (el bus de memoria). A este efecto se le conoce como "el cuello de botella de Von Neumann".

La arquitectura Harvard puede evitarlo en cierto modo, pero su mayor complejidad sólo compensa cuando el flujo de instrucciones y de datos es más o menos el mismo. Por eso no es ampliamente utilizada en ordenadores de propósito general. Sin embargo, sí se utiliza en algunos casos para construir procesadores de señal (DSP)... unos circuitos que realizan el tratamiento digital de una señal (por ejemplo, audio o vídeo), realizando cálculos una y otra vez sobre las muestras que componen la señal.

Arquitectura Harvard.

Arquitectura De Von Neumann

Concepto

El modelo de ordenador más difundido es el conocido como “modelo Von Neumann”, pues fue dicho matemático quien en 1945 postuló el esquema que siguen hoy en día la mayor parte de los ordenadores (con modificaciones y evolucionado). El modelo es una evolución de máquina analítica propuesta por Charles Babbage en 1834, donde los programas se introducían cableando “manualmente” las conexiones entre las distintas partes del ordenador, ofreciendo muy poca flexibilidad.

Máquina analítica de Charles Babbage.

La idea de Von Neumann consiste en conectar permanentemente las unidades de la computadora, de modo que todo el ordenador está coordinado por un control central. Para evitar tener que cablear las unidades cada vez que se quería ejecutar un nuevo programa, se ideó un método donde tanto las instrucciones que forman los programas como los datos que utilizan éstos se almacenan en una memoria.

Arquitectura y Organización

Los diferentes elementos físicos que componen un ordenador podemos dividirlos, según la tarea que realizan, en las siguientes unidades funcionales:

• La Unidad Central de Proceso (CPU) que constituye el núcleo central del ordenador, es el que gobierna el funcionamiento de los demás componentes y realiza las operaciones básicas.
• La Memoria principal es el lugar donde se almacena la información (datos e instrucciones).
• Los buses son los medios (cables o pistas en circuitos impresos e integrados) encargados de transferir la información de un lugar a otro del ordenador.
• Los periféricos son los elementos que se encargan de la comunicación con el usuario (teclado, ratón, monitor, etc.) o con otros equipos informáticos (tarjetas de red).

Arquitectura de Von Neumann.

La base de funcionamiento del ordenador consiste en la extracción sucesiva de instrucciones de la memoria, interpretación de las mismas, extracción de memoria de los operandos implicados en la operación, envío a una unidad encargada de realizar las operaciones y cálculo del resultado. La mayor parte de las instrucciones que forman los programas son instrucciones muy sencillas (como sumas, restas u operaciones lógicas) que agrupadas permiten realizar tareas más complejas como las realizadas por los programas actuales.

Arquitectura De Computadoras

Concepto.

Se trata del conjunto de estructuras tanto físicas como lógicas que influyen de manera directa en las funciones y diseño del Hardware de una máquina, teniendo estas características, también influencia en el Software, siendo el objetivo primordial de la arquitectura el aumento del rendimiento de las computadoras. 

A inicios de 1800, Charles Babbage, profesor de la Universidad de Cambridge, fue el primero en idear las variables involucradas en los sistemas mecánicos de la época y define los 3 elementos que intervienen: la máquina, el programa y el artífice ó programador, de allí que los elementos que intervienen para que el sistema funcione son los siguientes:

1.- Humanware: es el elemento humano, quién tienen una gran gama de funciones en general, entre ellas la de controlar el funcionamiento del equipo, manejar las operaciones, crear el Software para la máquina, reparar los equipos; de allí que se puede especializar en ciertas ramas como programador, diseñador de gráficos, operador capturista, Gamer, administrador de bases de datos, soporte Hardware, etc.

2.- Software: se trata del conjunto de utilidades, sistemas operativos, suites, datos, etc., lo que de manera común se le denomina parte intangible de la computadora y que se encuentra basada en interpretaciones de ceros y unos (bits).

3.- Hardware: se trata del soporte físico del equipo, no solamente de almacenamiento, sino en general toda parte mecánica y electromecánica que tenga una función en el dispositivo, tal como el disco duro, el ratón, los puertos, etc.

Arquitectura de Von Neumann.

En 1945 aproximadamente, se construye una computadora basada en el uso de tecnología de bulbos denominada ENIAC ("Electronic Numerical Intergator and Calculator"), que pesaba cerca de 30,000 Kg, se instaló en una gran habitación y requirió de gran ventilación. Bien, esta gran máquina funcionaba a base de estar conectando y desconectando cables según la función que se quería que realizara, esta función de "recablear", es sinónimo de programar pero era muy complicado el proceso.

En 1947 el matemático John Von Neumann ideó una solución que evitaría el "recablear" la ENIAC, la cuál consistía en introducir las operaciones por medio de tarjetas perforadas, por lo que un programa previamente "almacenado" y en las tarjetas, se podía mantener latente en memoria para su uso. Este modelo permite que las instrucciones se encuentren residentes en una memoria listas para ser leídas y ejecutadas.

Memoria principal: se trata de un espacio de almacenamiento temporal de instrucciones y datos, ordenada de manera reticular para localizar de manera sencilla mediante direcciones, dividida en dos partes una para trabajo y otra permanente. En términos modernos, es la memoria RAM que actualmente utilizamos en nuestros equipos.

Unidad aritmética: encargada de realizar todas las actividades matemáticas y de decisión lógicas, cada dato lo recibe de la memoria principal y en ella misma almacena. En términos modernos, es una sección dentro de los microprocesadores.

Unidad de control: controla las señales, lee instrucciones de la memoria y ejecuta las órdenes, también almacena direcciones de la siguiente instrucción que requiere. En términos modernos, es otra sección dentro de los microprocesadores.

Unidad de E/S: (entrada/salida) permite la comunicación con otros dispositivos externos y el compartir datos. En términos modernos, son los puertos de la computadora.

Es importante mencionar que lo anterior es un modelo básico, no hay que olvidar que también hacen falta otros elementos que no entran dentro de la clasificación de Neumann pero que también son importantes como la fuente de suministro de electricidad y la placa base, además de otros secundarios como la unidad de soporte Hardware (gabinete), los ventiladores, etc.

Figura 1. Diagrama de arquitectura de Von Neumann.

Arquitectura multiusuario.

A inicios de 1970, basándose en la arquitectura de Von Neumann, se le realiza una mejora, integrando un DMA (Direct Access Memory) o acceso directo a memoria, la cuál permite que los dispositivos se comuniquen de manera directa con la memoria sin la necesidad de la intervención del microprocesador, por lo que este último puede entonces dedicarse a otras actividades y se libera de carga de trabajo, con ello se vuelve mas eficiente el sistema. De este modo el procesador asigna tiempos a varios usuarios y cada uno percibe que que trabaja de manera exclusiva con un equipo.

Figura 2. Diagrama arquitectura multiusuario.

Arquitectura multiproceso.

Durante los años 70, se desarrolla un tipo nuevo de arquitectura denominada multiproceso, en la cuál se asignan tiempos a los procesos los cuáles pueden permanecer en varios estados como "modo espera", "modo ejecución", "modo cancelación" y "fin de proceso". El modo multiproceso necesita de una gran cantidad de memoria física disponible en el equipo.

Figura 3. Diagrama de arquitectura multiproceso.

Arquitectura de memoria virtual.

Debido al alto costo relativo de la memoria y que la arquitectura multiproceso necesita de grandes cantidades de memoria disponible, se opto por un sistema de emulación de la misma, utilizado el espacio libre de dispositivos como discos duros o disquetes (actualmente un ejemplo muy popular es la función del Software ReadyBoost de Microsoft® Windows Vista que permite utilizar el espacio disponible en memorias USB ó unidades SSD).

Figura 4. Diagrama de arquitectura de memoria virtual.

Arquitectura de redes de datos LAN.

A finales de la década de los anos 70 hasta la fecha en las redes mas avanzadas, se utiliza esta arquitectura que interconecta los equipos entre sí ó los concentra en uno principal llamado servidor o Host. Esta arquitectura permite que se compartan recursos tanto Hardware como Software y reduce costos de operación.

Figura 5. Diagrama de arquitectura de redes de datos LAN.