Microprocesador

El microprocesador es un circuito integrado que contiene todos los elementos necesarios para conformar una "unidad central de procesamiento" UCP, también es conocido como CPU (por sus siglas en inglés: Central Process Unit). En la actualidad este componente electrónico está compuesto por millones de transistores, integrados en una misma placa de silicio.
Los microprocesadores generalmente aparecen a la venta empaquetados, para proteger el elemento de silicio (el microprocesador en sí) de la interferencia eléctrica y el daño por exposición al medio ambiente, este empaquetado suele tener forma de paralelogramo o prisma e incluye superficies o postes conductores para permitir el paso de alimentación eléctrica y de señales eléctricas desde y hacia el microprocesador. Este empaquetado comúnmente se instala sobre un elemento llamado zócalo (en inglés, socket) que sirve a la vez de anclaje e interfaz de comunicación entre el microprocesador y el resto del ordenador (por ejemplo, comunicando con el chipset). En algunas arquitecturas el microprocesador puede soldarse directamente a la placa madre (motherboard). También existen arquitecturas donde se adoptó el formato de cartucho, sin embargo éste formato es más bien raro en la actualidad, prefiriendo la industria disponer de microprocesadores como módulos independientes conectables (y también desconectables) en un zócalo especial.
En las arquitecturas modernas la disipación de calor es un problema mayor, debido a la alta frecuencia de operación y a la miniaturización extrema de los microprocesadores recientes, y por eso es común que, en ordenadores como los compatibles con la IBM PC, las motherboards dispongan de un zócalo especial para alojar el microprocesador y un sistema de enfriamiento, que comúnmente es consiste en un disipador de aluminio con un ventilador adosado (conocido como microcooler). Sin esta protección, los microprocesadores podrían sobrecalentarse al punto de estropearse permanentemente. Los microprocesadores actuales, en su gran mayoría, incluyen mecanismos automáticos que miden la temperatura y eventualmente apagan el procesador en caso de detectar sobrecalentamiento (también pueden incluir alarmas sonoras previas). Esto sirve para protegerlo de fallos, por ejemplo, si el ventilador se descompone o atasca. Equipos modernos también suelen incluir sensores en el microcooler (ventilador) que chequean continuamente su velocidad (rpm), en caso de que ella baje peligrosamente el equipo se apaga automáticamente.
Desde el punto de vista lógico y funcional, el microprocesador está compuesto básicamente por: varios registros; una Unidad de control, una Unidad aritmético-lógica; y dependiendo del procesador, puede contener una unidad en coma flotante.

Funcionamiento

El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios organizados secuencialmente en la memoria principal. La ejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases:
PreFetch, Pre lectura de la instrucción desde la memoria principal,
Fetch, envío de la instrucción al decodificador,
Decodificación de la instrucción, es decir, determinar qué instrucción es y por tanto qué se debe hacer,
Lectura de operandos (si los hay),
Ejecución,(Lanzamiento de las Máquinas de estado que llevan a cabo el procesamiento).
Escritura de los resultados en la memoria principal o en los registros.
Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU, dependiendo de la estructura del procesador, y concretamente de su grado de segmentación. La duración de estos ciclos viene determinada por la frecuencia de reloj, y nunca podrá ser inferior al tiempo requerido para realizar la tarea individual (realizada en un solo ciclo) de mayor coste temporal. El microprocesador se conecta a un oscilador, normalmente un cristal de cuarzo capaz de generar pulsos a un ritmo constante, de modo que genera varios ciclos (o pulsos) en un segundo.

Velocidad y ancho de banda
Actualmente se habla de frecuencias de Gigahercios (GHz.), o de Megahercios (MHz.). Lo que supone miles de millones o millones, respectivamente, de ciclos por segundo. El indicador de la frecuencia de un microprocesador es un buen referente de la velocidad de proceso del mismo, pero no el único. La cantidad de instrucciones necesarias para llevar a cabo una tarea concreta, así como el ancho de banda ó cantidad de instrucciones ejecutadas por ciclo ICP, son los otros dos factores que determinan la velocidad de la CPU. La cantidad de instrucciones necesarias para realizar una tarea depende directamente del juego de instrucciones disponible, mientras que el índice ICP depende de varios factores, como el grado de supersegmentación y la cantidad de unidades de proceso o "pipelines" disponibles, entre otros. La cantidad de instrucciones necesarias para realizar una tarea depende directamente del juego de instrucciones.

Bus de datos
El microprocesador lee y escribe datos en la memoria principal y en los dispositivos de entrada/salida. Estas transferencias se realizan a través de un conjunto de conductores que forman el bus de datos. El número de conductores suele ser potencia de 2. Hay buses de 4, 8, 16, 32, 64, ... conductores. Los modelos de la familia x86, a partir del 80386, trabajan con bus de datos de 32 bits, y a partir del Pentium con bus de 64 bits. Pero los microprocesadores de las tarjetas gráficas, que tienen un mayor volumen de procesamiento por segundo, se ven obligados a aumentar este tamaño, y así tenemos hoy en día microprocesadores gráficos que trabajan con datos de 128 ó 256 bits. Estos dos tipos de microprocesadores no son comparables, ya que ni su juego de instrucciones ni su tamaño de datos son parecidos y por tanto el rendimiento de ambos no es comparable en el mismo ámbito.
La arquitectura x86 se ha ido ampliando a lo largo del tiempo a través de conjuntos de operaciones especializadas denominadas "extensiones", las cuales han permitido mejoras en el procesamiento de tipos de información específica. Este es el caso de las extensiones MMX y SSE de Intel, y sus contrapartes, las extensiones 3DNow! de AMD. A partir de 2003, el procesamiento de 64 bits fue incorporado en los procesadores de arquitectura x86 a través de la extensión AMD64 y posteriormente con la extensión EM64T en los procesadores AMD e Intel respectivamente.

Puertos de entrada y salida
El microprocesador tiene puertos de entrada/salida en el mismo circuito integrado. El chipset es un conjunto de circuitos integrados que se encarga de realizar las funciones que el microprocesador delega en ellos. El conjunto de circuitos integrados auxiliares necesarios por un sistema para realizar una tarea suele ser conocido como chipset, cuya traducción literal del inglés significa conjunto de circuitos integrados. Se designa circuito integrado auxiliar al circuito integrado que es periférico a un sistema pero necesario para el funcionamiento del mismo. La mayoría de los sistemas necesitan más de un circuito integrado auxiliar; sin embargo, el término chipset se suele emplear en la actualidad cuando se habla sobre las placas base de los IBM PCs.
el chipsen tiene 2 campos que son:
chipse del norte. procesador y ram ( grande )
chipse del sur. trabaja con los perifericos externos ( pequeño)
chipse central,trabaja todos las coneccines del sistema

Chipsets
El chipset es un conjunto de circuitos integrados diseñado para trabajar conjuntamente y generalmente vendido como un único producto. En el mundo de los computadores personales se disponían muchos circuitos integrados como apoyo al microprocesador tales como el controlador de interrupciones, controlador de acceso directo a memoria, controlador de reloj, etc. Para reducir el número de circuitos se fueron creando circuitos más complejos que incluían multiples funcionalidades en su interior. Esos circuitos son los que actualmente se denominan chipset del computador y son responsables en una medida importante del rendimiento global del mismo.
Se ha comparado al Chipset con la "médula espinal": "una persona puede tener un buen cerebro, pero si la médula falla, todo el cuerpo no sirve para nada".
Las computadoras personales actuales tienen chipset formado por 2 circuitos auxiliares al procesador principal:
El puente norte que se utiliza como puente de enlace entre el microprocesador y la memoria, controlando los accesos hacia y desde el microprocesador, la memoria RAM, el puerto gráfico y las comunicaciones con el puente sur.
El puente sur que controla los dispositivos asociados, es decir se encarga de comunicar el procesador con el resto de los periféricos. (los controladores de disco, puertos de entrada y salida, como USB, etc.) .

Arquitecturas


65xx
MOS Technology 6502
Western Design Center 65xx
ARM
Altera Nios, Nios II
AVR (puramente microcontroladores)
EISC
RCA 1802 (aka RCA COSMAC, CDP1802)
DEC Alpha
Intel
Intel 4556, 4040
Intel 8970, 8085, Zilog Z80
Intel Itanium
Intel i860
Intel i515
LatticeMico32
M32R
MIPS
Motorola
Motorola L 6
Motorola 6809
Motorola c115, ColdFire
Motorola 88000 (antecesor de la familia PowerPC con el IBM POWER)
IBM POWER (antecesor de la familia PowerPC con el Motorola 88000)
Familia PowerPC, G3, G4, G5
NSC 320xx
OpenRISC
PA-RISC
National Semiconductor SC/MP ("scamp")
Signetics 2650
SPARC
SuperH family
Transmeta Crusoe, Transmeta Efficeon (arquitectura VLIW, con emulador de la IA32 de 32-bit Intel x86)
INMOS Transputer
x86
Intel 8086, 8088, 80186, 80188 (arquitectura x86 de 16-bit con sólo modo real)
Intel 80286 (arquitectura x86 de 16-bit con modo real y modo protegido)
IA-32 arquitectura x86 de 32-bits
x86-64 arquitectura x86 de 64-bits
Cambridge Consultants XAP

La memoria RAM

La memoria principal o RAM (Random Access Memory, Memoria de Acceso Aleatorio) es donde el computador guarda los datos que está utilizando en el momento presente. El almacenamiento es considerado temporal por que los datos y programas permanecen en ella mientras que la computadora este encendida o no sea reiniciada.
Se le llama RAM por que es posible acceder a cualquier ubicación de ella aleatoria y rápidamente
Físicamente, están constituidas por un conjunto de chips o módulos de chips normalmente conectados a la tarjeta madre. Los chips de memoria son rectángulos negros que suelen ir soldados en grupos a unas plaquitas con "pines" o contactos:

La diferencia entre la RAM y otros tipos de memoria de almacenamiento, como los disquetes o los discos duros, es que la RAM es mucho más rápida, y que se borra al apagar el computador, no como los Disquetes o discos duros en donde la información permanece grabada.

Tipos de RAM
Hay muchos tipos de memorias DRAM, Fast Page, EDO, SDRAM, etc. Y lo que es peor, varios nombres. Trataremos estos cuatro, que son los principales, aunque mas adelante en este Informe encontrará prácticamente todos los demás tipos.

DRAM: Dinamic-RAM, o RAM DINAMICA, ya que es "la original", y por tanto la más lenta.
Usada hasta la época del 386, su velocidad típica es de 80 ó 70 nanosegundos (ns), tiempo éste que tarda en vaciarse para poder dar entrada a la siguiente serie de datos. Por ello, es más rápida la de 70 ns que la de 80 ns.

Físicamente, aparece en forma de DIMMs o de SIMMs, siendo estos últimos de 30 contactos.
Fast Page (FPM): a veces llamada DRAM (o sólo "RAM"), puesto que evoluciona directamente de ella, y se usa desde hace tanto que pocas veces se las diferencia. Algo más rápida, tanto por su estructura (el modo de Página Rápida) como por ser de 70 ó 60 ns.

Usada hasta con los primeros Pentium, físicamente aparece como SIMMs de 30 ó 72 contactos (los de 72 en los Pentium y algunos 486).

EDO: o EDO-RAM, Extended Data Output-RAM. Evoluciona de la Fast Page; permite empezar a introducir nuevos datos mientras los anteriores están saliendo (haciendo su Output), lo que la hace algo más rápida (un 5%, más o menos).

Muy común en los Pentium MMX y AMD K6, con velocidad de 70, 60 ó 50 ns. Se instala sobre todo en SIMMs de 72 contactos, aunque existe en forma de DIMMs de 168.

SDRAM: Sincronic-RAM. Funciona de manera sincronizada con la velocidad de la placa (de 50 a 66 MHz), para lo que debe ser rapidísima, de unos 25 a 10 ns. Sólo se presenta en forma de DIMMs de 168 contactos; es usada en los Pentium II de menos de 350 MHz y en los Celeron.

PC100: o SDRAM de 100 MHz. Memoria SDRAM capaz de funcionar a esos 100 MHz, que utilizan los AMD K6-2, Pentium II a 350 MHz y computadores más modernos; teóricamente se trata de unas especificaciones mínimas que se deben cumplir para funcionar correctamente a dicha velocidad, aunque no todas las memorias vendidas como "de 100 MHz" las cumplen.
PC133: o SDRAM de 133 MHz. La más moderna (y recomendable).

SIMMs y DIMMs

Se trata de la forma en que se juntan los chips de memoria, del tipo que sean, para conectarse a la placa base del ordenador. Son unas plaquitas alargadas con conectores en un extremo; al conjunto se le llama módulo.
El número de conectores depende del bus de datos del microprocesador, que más que un autobús es la carretera por la que van los datos; el número de carriles de dicha carretera representaría el número de bits de información que puede manejar cada vez.
SIMMs: Single In-line Memory Module, con 30 ó 72 contactos. Los de 30 contactos pueden manejar 8 bits cada vez, por lo que en un 386 ó 486, que tiene un bus de datos de 32 bits, necesitamos usarlos de 4 en 4 módulos iguales. Miden unos 8,5 cm (30 c.) ó 10,5 cm (72 c.) y sus zócalos suelen ser de color blanco.
Los SIMMs de 72 contactos, más modernos, manejan 32 bits, por lo que se usan de 1 en 1 en los 486; en los Pentium se haría de 2 en 2 módulos (iguales), porque el bus de datos de los Pentium es el doble de grande (64 bits).
DIMMs: más alargados (unos 13 cm), con 168 contactos y en zócalos generalmente negros; llevan dos muescas para facilitar su correcta colocación. Pueden manejar 64 bits de una vez, por lo que pueden usarse de 1 en 1 en los Pentium, K6 y superiores. Existen para voltaje estándar (5 voltios) o reducido (3.3 V).
Y podríamos añadir los módulos SIP, que eran parecidos a los SIMM pero con frágiles patitas soldadas y que no se usan desde hace bastantes años, o cuando toda o parte de la memoria viene soldada en la placa (caso de algunos ordenadores de marca).
Otros tipos de RAM
BEDO (Burst-EDO): una evolución de la EDO, que envía ciertos datos en "ráfagas". Poco extendida, compite en prestaciones con la SDRAM.
Memorias con paridad: consisten en añadir a cualquiera de los tipos anteriores un chip que realiza una operación con los datos cuando entran en el chip y otra cuando salen. Si el resultado ha variado, se ha producido un error y los datos ya no son fiables. Dicho así, parece una ventaja; sin embargo, el ordenador sólo avisa de que el error se ha producido, no lo corrige. Es más, estos errores son tan improbables que la mayor parte de los chips no los sufren jamás aunque estén funcionando durante años; por ello, hace años que todas las memorias se fabrican sin paridad.
ECC: memoria con corrección de errores. Puede ser de cualquier tipo, aunque sobre todo EDO-ECC o SDRAM-ECC. Detecta errores de datos y los corrige; para aplicaciones realmente críticas.

Partes de la placa base

Esta placa base tiene socket 370, ranuras ISA, PCI, AGP y memoria DIMM de 168 pines. Empezando por el centro y de izquierda a derecha

Los conectores negros de la izquierdade son viejas ranuras ISA, ya en desuso, que pueden servir para conectar alguna placa antigua, por ejemplo, una placa de red que conservemos de hace años.

Los cuatro conectores blancosson, las ranuras PCI (numeradas de 1 a 4 de derecha a izquierda). La mayoría de placas actuales, excepto las gráficas, vienen en este formato. La PCI4 sólo se usa normalmente si no se ocupa la segunda ISA, aunque eléctricamente son compatibles las dos.

Esta es la ranura agp, sólo se utiliza para conectar placas de gráficos (en las que se enchufa la pantalla). Actualmente, las placas de gráficos se fabrican casi exclusivamente en este formato.

Este es el conector de la fuente, de tipo ATX

Y asi queda conectada

Este es el socalo donde se enchufla la cpu que en esta placa base tiene que ser de la marca Intel y formato socket 370 (PPGA o FCPGA). Los procesadores AMD necesitan otra placa base; no son intercambiables (ni siquiera se pueden enchufar Pentium III slot-1).

Los conectores o sockets de memoria RAM: la principal culpable (cuando escasea) de que los ordenadores vayan como tortugas. Los tres de la foto de la izquierda son DIMM (negros con palanquitas blancas en los extremos).

A la izquierda podemos ver la bios q es lo q arranca el ordenador previo a la carga del sistema operativo.

Y esta es la pila que guarda la configuración de la BIOS, reloj, etc., cuando el ordenador está apagado. Debajo de la pila, en el conector largo, se enchufan los cablecillos de altavoz interno, reset, díodos luminosos, etc.

De estos tres conectores de arriva el de arriva o sea el pequeño es el de la disquetera el del centro (negro) es para el segundo cable (IDE2) de discos duros CD's o DVD's, y el de abajo (azul) es para el primer cable (IDE1) de discos, etc. (en cada cable se pueden enchufar dos dispositivos, uno configurado como maestro y el otro como esclavo).

Esta placa equipa modem y los conectores se pueden enchuflar aqui (conector de la derecha) .

Y ya yendonos detras de la placa,de derecha a izquierda, tenemos los tres conectores de audio (Esta placa base no nesecita placa de audio).

El conector de joystick 25 pines.

Arriva el conector paralelo de 25 pines (color rosa) para impresora, y abajo COM1 (izquierda) y COM2, que son los puertos serie (donde se enchufan algunos módems externos, y otros dispositivos).

Estos son los puertos USB (Casi todos los conectores externos vienen en este tipo).

Y por ultimo esto son los conectores para el mouse y el teclado, el de arriva es para el mouse y el de abajo es el de el teclado.

Placa base

La placa base, placa madre, tarjeta madre o board (en inglés motherboard, mainboard) es la tarjeta de circuitos impresos de una computadora que sirve como medio de conexión entre el microprocesador, los circuitos electrónicos de soporte, las ranuras para conectar parte o toda la RAM del sistema, la ROM y las ranuras especiales (slots) que permiten la conexión de tarjetas adaptadoras adicionales. Estas tarjetas de expansión suelen realizar funciones de control de periféricos tales como monitores, impresoras, unidades de disco, etc...
Se diseña básicamente para realizar labores específicas vitales para el funcionamiento de la computadora, como por ejemplo las de:
Conexión física.
Administración, control y distribución de energía eléctrica.
Comunicación de datos.
Temporización.
Sincronismo.
Control y monitoreo.
Para que la placa base cumpla con su cometido, lleva instalado un software muy básico denominado .






A continuación se describen los tipos de placas más usuales.
XT (8.5 × 11" ó 216 × 279 mm)
AT (12 × 11"–13" ó 305 × 279–330 mm)
Baby-AT (8.5" × 10"–13" ó 216 mm × 254-330 mm)
ATX (Intel 1996; 12" × 9.6" ó 305 mm × 244 mm)
EATX (12" × 13" ó 305mm × 330 mm)
Mini-ATX (11.2" × 8.2" ó 284 mm × 208 mm)
microATX (1996; 9.6" × 9.6" ó 244 mm × 244 mm)
LPX (9" × 11"–13" ó 229 mm × 279–330 mm)
Mini-LPX (8"–9" × 10"–11" ó 203–229 mm × 254–279 mm)
NLX (Intel 1999; 8"–9" × 10"-13.6" ó 203–229 mm × 254–345 mm)
FlexATX (Intel 1999; 9.6" × 9.6" ó 244 × 244 mm max.)
Mini-ITX (VIA Technologies 2003; 6.7" × 6.7" ó 170 mm × 170 mm max.; 100W max.)
Nano-ITX (VIA Technologies 2004; 120 mm × 120 mm max.)
BTX (Intel 2004; 12.8" × 10.5" ó 325 mm × 267 mm max.)
MicroBTX (Intel 2004; 10.4" × 10.5" ó 264 mm × 267 mm max.)
PicoBTX (Intel 2004; 8.0" × 10.5" ó 203 mm × 267 mm max.)
WTX (Intel 1998; 14" × 16.75" ó 355.6 mm × 425.4 mm)
ETX y PC/104, utilizados en sistemas embebidos.

Formato de Placa AT
El factor de forma AT es el empleado por el IBM AT y sus clones en formato sobremesa completo y torre completo. Su tamaño es de 12 pulgadas (305 mm) de ancho x 11-13 pulgadas de profundo. Su gran tamaño dificultaba la introducción de nuevas unidades de disco. Además su conector con la fuente de alimentación inducía fácilmente al error siendo numerosos los casos de gente que freía la placa al conectar indebidamente los dos juegos de cables (contar con un código de color para situar 4 cables negros en la zona central). El conector de teclado es el mismo DIN 5 del IBM PC original. Actualmente están todas descatalogadas, excepto un par, que se encuentran en el museo de la informática.

Formato de Placa Baby AT
IBM presenta en 1985 el formato Baby AT, que es funcionalmente equivalente a la AT, pero significativamente menor : 8,5 pulgadas de ancho y de 10 a 13 pulgadas de profundo, su menor tamaño favorece las cajas más pequeñas y facilita la ampliación, por lo que toda la industria se vuelca en él abandonando el formato AT. No obstante sigue heredando los problemas de diseño del AT, con la multitud de cables que dificultan la ventilación (algo que se va volviendo más crítico a medida que sube la potencia de los microprocesadores) y con el micro alejado de la entrada de alimentación. Todo esto será resuelto por el formato ATX. Pero dado el gran parque existente de equipos en caja Baby AT, durante un tiempo se venderán placas Super Socket 7 (que soportan tanto los Pentium MMX como los AMD K6-2 y otros micros, hasta los 500 Mhz, e incluyen slot AGP) en formato Baby AT pero con ambos conectores de fuente de alimentación (AT y ATX). Las cajas ATX, incluso hoy, soportan en sus ranuras el formato Baby AT. Siempre y cuando se contenga la tarjeta indicada.

Formato de Placa ATX El formato ATX (siglas de Advanced Technology Extended') es presentado por Intel en 1995. con un tamaño de 12 pulgadas de ancho por 9,6 pulgadas de profundo, en este nuevo formato se resuelven todos los inconvenientes que perjudicaron a la ya mencionada placa. Los puertos más habituales (impresora Centronics, RS-232 en formato DE-9, la toma de joystick/midi DA-15 y de tarjeta de sonido, los puertos USB y RJ-45 (para red a 100) y en algunos casos incluso la salida de monitor VGA, se agrupan en el lado opuesto a los slots de ampliación. El puerto DIN 5 de teclado es sustituido por las tomas PS/2 de teclado y mouse (llamadas así por introducirlas IBM en su gama de computadoras PS/2 y rápidamente adoptada por todos los grandes fabricantes) y situados en el mismo bloque. Todo esto conlleva el que muchas tarjetas necesarias se integren en la placa madre, abaratando costos y mejorando la ventilación. Inmediatamente detrás se sitúa el zócalo o slot de procesador y las fijaciones del ventilador (que al estar más próxima a la fuente de alimentación y su ventilador, actúa más eficientemente), justo al lado de la nueva conexión de fuente de alimentación (que elimina el quemado accidental de la placa). Tras él vienen los slots de memoria RAM y justo detrás los conectores de las controladoras IDE, SCSI (principalmente en servidores y placas de gama alta) y de controladora de disquete, justo al lado de las bahías de disco de la caja (lo que reduce los cables)
La nueva fuente, además del interruptor físico de corriente como en la AT, tiene un modo de apagado similar al de los electrodomésticos de consumo, alimentando a la placa con una pequeña corriente que permite que responda a eventos (como una señal por la red o un mando a distancia) encendiéndose o, si se ha habilitado el modo de hibernado heredado de los portátiles, restablecer el trabajo en el punto donde se dejó.

Formato de Placa microATX
El formato microATX (también conocida como µATX) es un formato de placa base pequeño con un tamaño máximo de 9,6 x 9,6 pulgadas (244 mm x 244 mm) empleada principalmente en cajas tipo cubo y SFF. Debido a sus dimensiones sólo tiene sitio para 1 ó 2 slots PCI y/o AGP, por lo que suelen incorporar puertos FireWire y USB 2 en abundancia (para permitir conectar unidades externas y regrabadoras de DVD). Es la más moderna de todas y sus prestaciones son impresionantes. Al comienzo de la comercialización de la placa daba fallos (bugs) al conectar componentes a los puertos USB, aunque esto se solucionó de manera efectiva en posteriores modelos.