ESTRUCTURA FISICA Y LOGICA DE LA PC: agosto 2013

PROCESADORES

DEFINICION:

Microprocesador informático o simplemente procesador, un circuito integrado que contiene todos los elementos de la CPU.

CPU, el elemento que interpreta las instrucciones y procesa los datos de los programas de computadora.

Graphics Processing Unit o Unidad de Procesamiento Gráfico, es un procesador dedicado a procesamiento de gráficos o coma flotante. Es el elemento principal de toda tarjeta gráfica.

Este es el cerebro del computador. Dependiendo del tipo de procesador y su velocidad se obtendrá un mejor o peor rendimiento. Hoy en día existen varias marcas y tipos, de los cuales intentaremos darles una idea de sus características principales.

TIPOS DE PROCESADORES

Pentium-75 ; 5x86-100 (Cyrix y AMD)
AMD 5x86-133

Pentium-90
AMD K5 P100
Pentium-100
Cyrix 686-100 (PR-120)
Pentium-120
Cyrix 686-120 (PR-133) ; AMD K5 P133
Pentium-133
Cyrix 686-133 (PR-150) ; AMD K5 P150
Pentium-150
Pentium-166
Cyrix 686-166 (PR-200)
Pentium-200
Cyrix 686MX (PR-200)
Pentium-166 MMX
Pentium-200 MMX
Cyrix 686MX (PR-233)
AMD K6-233
Pentium II-233
Cyrix 686MX (PR-266); AMD K6-266
Pentium II-266
Pentium II-300
Pentium II-333 (Deschutes)
Pentium II-350
Pentium II-400

FUNCIONAMIENTO

El procesador (denominado CPU, por Central Processing Unit) es un circuito electrónico que funciona a la velocidad de un reloj interno, gracias a un cristal de cuarzo que, sometido a una corriente eléctrica, envía pulsos, denominados "picos". La velocidad de reloj (también denominada ciclo), corresponde al número de pulsos por segundo, expresados en Hertz (Hz). De este modo, un ordenador de 200 MHz posee un reloj que envía 200.000.000 pulsos por segundo. Por lo general, la frecuencia de reloj es un múltiplo de la frecuencia del sistema (FSB, Front-Side Bus o Bus de la Parte Frontal), es decir, un múltiplo de la frecuencia de la placa madre.

Con cada pico de reloj, el procesador ejecuta una acción que corresponde a su vez a una instrucción o bien a una parte de ella. La medida CPI (Cycles Per Instruction o Ciclos por Instrucción) representa el número promedio de ciclos de reloj necesarios para que el microprocesador ejecute una instrucción. En consecuencia, la potencia del microprocesador puede caracterizarse por el número de instrucciones por segundo que es capaz de procesar. Los MIPS (millions of instructions per second o millones de instrucciones por segundo) son las unidades que se utilizan, y corresponden a la frecuencia del procesador dividida por el número de CPI.

Una instrucción es una operación elemental que el procesador puede cumplir.. Las instrucciones se almacenan en la memoria principal, esperando ser tratadas por el procesador. Las instrucciones poseen dos campos:

el código de operación, que representa la acción que el procesador debe ejecutar;

el código operando, que define los parámetros de la acción. El código operando depende a su vez de la operación. Puede tratarse tanto de información como de una dirección de memoria.

Las instrucciones pueden agruparse en distintas categorías. A continuación presentamos algunas de las más importantes:

Acceso a Memoria: acceso a la memoria o transferencia de información entre registros.

Operaciones Aritméticas: operaciones tales como suma, resta, división o multiplicación.

Operaciones Lógicas: operaciones tales como Y, O, NO, NO EXCLUSIVO, etc.

Control: controles de secuencia, conexiones condicionales, etc.

Cuando el procesador ejecuta instrucciones, la información almacena en forma temporal en pequeñas ubicaciones de memoria local de 8, 16, 32 o 64 bits, denominadas registros. Dependiendo del tipo de procesador, el número total de registros puede variar de 10 a varios cientos.

Los registros más importantes son:

el registro acumulador (ACC), que almacena los resultados de las operaciones aritméticas y lógicas;

el registro de estado (PSW, Processor Estado: Word o Palabra de Estado del Procesador), que contiene los indicadores de estado del sistema (lleva dígitos, desbordamientos, etc.);

el registro de instrucción (RI), que contiene la instrucción que está siendo procesada actualmente;

el contador ordinal (OC o PC por Program Counter, Contador de Programa), que contiene la dirección de la siguiente instrucción a procesar;

el registro del búfer, que almacena información en forma temporal desde la memoria.

Cada tipo de procesador posee su propio conjunto de instrucciones. Los procesadores se agrupan en las siguientes familias, de acuerdo con sus conjuntos de instrucciones exclusivos:

80x86: la "x" representa la familia. Se hace mención a 386, 486, 586, 686, etc.

ARM

IA-64

MIPS

Motorola 6800

PowerPC

SPARC

Esto explica por qué un programa producido para un tipo específico de procesador sólo puede trabajar directamente en un sistema con otro tipo de procesador si se realiza lo que se denomina traducción de instrucciones, o emulación. El término "emulador" se utiliza para referirse al programa que realiza dicha traducción.

TIPOS

Procesadores dedicados.

Para desarrollar una tarea muy especifica. Ejecutando un único algoritmo de forma óptima.

Procesadores de propósito general.

Está capacitado para ejecutar una serie de instrucciones sean E/S (entrada/salida), lógicas, aritméticas, etc. Almacenando y listando una colección de instrucciones en una memoria secundaria (programa) de tal forma que el procesador de modo secuencial lleve a cabo cada una de ellas.

CISC.

Complex Instruction Set Computing. Posee un número grande y longitud variable de instrucciones, alto porcentaje de ciclos por instrucción, operaciones de microcódigo, baja optimización en el uso de registros.

RISC.

Reduced Instruction Set Computing. Posee un número bajo y longitud fija de instrucciones, bajo porcentaje de ciclos por instrucción, no tiene operaciones de microcódigo, muchos registros de propósito general, compilador optimizado. Su arquitectura permite un cierto grado de paralelismo en su ejecución.

Power PC.

Diseñados para rendir al igual que los mejores CISC y RISC, pero mejorando sus errores. Tiene un conjunto de instrucciones distinto a estos procesadores, pero puede emular sus características para ejecutar los programas escritos para ellos. Usados en computadores tipo Estaciones de Trabajo y en equipos de medio rango.

SIMD.

Single instruction, multiple data. Tiene una organización única de instrucción y datos múltiples. Manipula instrucciones de vector mediante múltiples unidades funcionales que responden a una instrucción común.

Microprocesadores.

Son de uso general, requieren dispositivos externos de memoria y de comunicación con el exterior (E/S).

Microcontroladores.

Integran memorias y elementos de entrada/salida junto al microprocesador.

ASIC.

Application-Specific Integrates Circuits. Integra en un solo chip los elementos analógicos y digitales necesarios para efectuar una determinada función.

DSP.

Digital Signal Processors. Procesadores de alta velocidad y poca memoria, muy eficientes para efectuar algoritmos de procesado de la señal.

Procesadores Neuronales, transputers.

Están equipados con elementos que facilitan su comunicación de forma que puede distribuirse fácilmente una función entre varios de ellos.

Procesador convencional.

Ejecuta las instrucciones en forma de serie es decir, una detrás de otra.

Procesador con paralelismo interno.

Externamente ejecuta las instrucciones como si fuera un procesador convencional en serie, pero internamente puede efectuar operaciones en paralelo.

Procesador con paralelismo externo.

Se presenta en los sistemas que incluyen varios procesadores como los servidores, los mainframes y los supercomputadores.

Multiprocesador.

Se acostumbra a usar la arquitectura de multiprocesador con memoria común en los servidores. Cada uno de estos procesadores incluyen una memoria caché de grandes dimensiones para reducir el trafico con la memoria común.

TARJETA MADRE

DEFINICION:

Es una tarjeta o placa principal que soporta la infraestructura de comunicación interna, es decir, los circuitos electrónicos (buses) por donde viajan los datos y donde residen algunos componentes internos de la computadora.

Se le llama tarjeta madre porque todos los componentes de la computadora se comunican a través de ella.

La tarjeta madre es el componente más importante de un computador. Es el dispositivo que funciona como la plataforma o circuito principal de una computadora, integra y coordina todos los sus demás elementos. Tambien es conocida como placa base, placa central, placa madre, tarjeta madre o Board (en inglés motherboard, mainboard).

La tarjeta madre es un tablero que contiene todos los conectores que se necesitan para conectar las demás tarjetas del computador. Una tarjeta madre alberga los conectores del procesador, memoria RAM, Bios, puertas en serie, puertas en paralelo, expansión de la memoria, pantalla, teclado, disco duro, enchufes. Una vez que la tarjeta madre ha sido equipada con esta los elementos que se han mencionado, se le llama “Chipset” o conjunto de procesadores.

FUNCION

La tarjeta madre debe realizar básicamente las siguientes tareas:
• Conexión física.
• Administración, control y distribución de energía eléctrica.
• Comunicación de datos.
• Temporización.
• Sincronismo.
• Control y monitoreo.