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T.3 Procesador

• El procesador también se conoce como CPU.
• Es el componente principal del ordenador.
• Controla directamente todos los componentes.
• Su capacidad depende del chipset, la memoria RAM y el software.

Características del Procesador

• La velocidad de proceso se mide en ciclos por segundo.
• El tamaño de la memoria caché: a más caché, más rápido se accede a los datos.
• Los tipos de caché son L1, L2, L3 y L4, siendo L4 el más actual en procesadores modernos.
• La velocidad del bus se mide en MHz o GHz.
• La tecnología de fabricación se mide en nanómetros y refiere al tamaño de integración de los transistores.
• Ventajas de la reducción en la tecnología de fabricación: menor consumo y mayor velocidad.
• Multiproceso: capacidad de ejecutar varias instrucciones a la vez.
• Multinúcleo: combina varios microprocesadores.
• Multihilo: permite analizar las instrucciones y decidir cuáles ejecutar.
• Velocidad: se mide en GHz (Gigahercios).
• 1 GHz = 1000 MHz.
• 1 GHz permite ejecutar un billón de instrucciones por segundo.
• La velocidad de reloj o ciclo: corresponde al número de pulsos por segundo.
• En cada pulso de reloj, el procesador ejecuta una acción que corresponde a una instrucción.
• CPI: medida de número promedio de ciclos necesarios para ejecutar una instrucción.
• MIPS: millones de instrucciones por segundo.
• Los procesadores modernos tienen dos velocidades: interna y externa (FSB).
• Interna: velocidad a la que funciona el procesador.
• Externa/FSB: velocidad con la que el procesador se comunica con el Northbridge o placa base.
• Multiplicador: relaciona internamente la velocidad con la externa.
• Velocidad interna = Multiplicador x V. FSB
• Multiplicador = V. Interna / V. FSB
• Unidad GT/s: utilizada para Intel (i3, i5, i7) para medir datos que se envían y reciben simultáneamente.

La caché

• Es muy rápida, pero tiene poca capacidad.
• Se usa para reducir el tiempo promedio necesario para que el procesador acceda a los datos de la memoria RAM.
• Niveles de caché:
• L1: ubicada dentro del procesador y funciona a la misma velocidad que este.
• Almacena los datos que inmediatamente van a ser usados por la CPU.
• Tiene dos tipos: datos e instrucciones.
• Su tamaño es de alrededor de 256 KB en total.
• L2: se utiliza para solucionar los efectos de un fallo en L1.
• Almacena las instrucciones y los datos que serán utilizados por el CPU.
• Tiene mayor capacidad de almacenamiento que L1, pero es más lenta.
• Su tamaño varía entre 256 KB y los 18 MB.
• L3: más rápida que la memoria principal (RAM), pero más lenta y mayor que L2.
• Ayuda a que el sistema guarde gran cantidad de información agilizando las tareas del procesador.
• Alimentación:
• La CPU recibe voltaje a través de la placa.
• Voltaje externo o E/S: suele ser de 3,3 V.
• Voltaje interno o núcleo: las CPUs modernas funcionan a menor voltaje.
• Si se reduce el voltaje, el calor disipado y el consumo también funcionan a menor voltaje.
• Suele ser entre 1 o 2 V, por esto funcionan a menor temperatura.
• TDP: representa la máxima cantidad de calor que necesita disipar el sistema de refrigeración.
• +/- consumo = +/- calor
• ULV: Ultra Bajo Voltaje, procesadores de bajo consumo.

El encapsulado

• Es la cápsula que lo protege.
• Tipos de encapsulado:
• SECC: obsoleto, permitía incorporar un disipador y un ventilador para enfriar la CPU.
• PGA: recubrimiento cerámico que protege el procesador.
• En la parte superior están los pines del socket de la placa base.
• LGA: Similar al PGA pero sin pines en la parte superior, tiene pastillas de cobre chapadas de cobre.

Diagrama de Bloques

• Unidad de control: busca instrucciones en la memoria principal, las decodifica y las ejecuta.
• Unidad de decodificación de instrucción:
• ALU (Unidad Aritmético Lógica): realiza las operaciones lógicas y aritméticas.
• FPU (Unidad de Punto Flotante): realiza todas las operaciones en coma flotante.
• Caché de L1 y L2: memoria volátil de gran velocidad donde se almacenan datos e instrucciones.
• FSB (Bus Frontal o Bus del Sistema): comunica la caché L2 con el Chipset Norte.
• BSB (Bus Posterior o Bus Trasero): comunica la caché L1 con la L2.

Bus del sistema

• Tecnología FSB: velocidad a la que se comunica el L2 con el Northbridge.
• TEC. HT (HyperTransport): desarrollada por AMD en 2001, permite la conexión directa con la RAM sin necesidad de usar Northbridge.
• TEC. QPI: conexión de ruta, desarrollada por Intel, permite el control de RAM sin necesidad de usar Northbridge.
• TEC. UPI: Utiliza GT/s (GigaTransferencias/segundo) para medir la velocidad, desarrollada por Intel en 2017.

Multi-Core

• Multi-Core integra en un solo procesador varios núcleos (cores).
• Son capaces de procesar paralelamente los datos
• MONOCORE = 1 núcleo
• MULTICORE =
• 2 núcleos (Core Duo/Dual Core)
• 3 núcleos (TriCore)
• 4 núcleos (Quad Core)
• 6 núcleos (X6)
• Controlador de memoria integrado: hace que sea más rápido el acceso a la RAM.
• Bus de datos de alta velocidad: determina el ancho de banda y la velocidad.

Estándar IEEE

• Formato utilizado para representar números reales en sistemas informáticos
• Representar números decimales con este IEEE754
• El exceso SIEMPRE va a ser 127. En la S (valor), EXP (127 bi) y MAN (suma entre exceso y exponente)
• Ejemplo: 23,75

Disipar el calor

• Si la CPU se sobrecalienta, envía una señal para que el equipo se apague.
• Suelen tener un disipador y un ventilador
• PC Fanless: Sólo tiene disipadores
• Elementos para disipar el calor:
• El disipador: pieza metálica que absorbe el calor y lo disipa al ambiente.
• El ventilador: aplica aire fresco al disipador y lo enfría, permitiendo que absorba más calor.
• Enfriamiento por agua:
• Sistema impulsado por una bomba por unos tubos dentro del disipador.
• El agua absorbe el calor del disipador y el ventilador enfría el agua.
• Pasta térmica + Disipador + Ventilador: Limpiar el procesador con un trapo de papel y añadir una capa fina.

Arquitectura de 32 y 64 Bits

• Determina el ancho de los registros en la ALU
• Requiere un software compatible. Los SO modernos tienen versiones de 32 y 64 bits.
• La diferencia principal: 32 bits necesitan dividir las operaciones para cálculos más grandes, mientras que 64 bits no.
• Límite de memoria RAM direccionable: 4 GB en 32 bits y 16 Exabytes en 64 bits.
• Procesadores con tarjeta gráfica:
• Los procesadores modernos integran la unidad de procesamiento de gráficos.
• La placa base y el chipset deben de ser compatibles
• APU: CPU + GPU = CPU con graficos integrados
• Obviamente las gráficas dedicadas son más potentes

Modelos de Procesador

• INTEL es el mayor fabricante de circuitos integrados, creador de la serie de procesadores x86.
• AMD es el segundo proveedor de procesadores basados en la arquitectura x86
• Qualcomm : principal suministrador de procesadores para smartphones.
• Cyrix®/VIA Tecnologies®: fabrica CPUs de baja potencia y chipsets para placas base.
• Familias: cada procesador tiene su conjunto de instrucciones y se agrupan en familias.
• Arquitectura CISC: Complex Instruction Set Computer, conjunto de instrucciones muy amplia, realiza operaciones complejas
• Arquitectura RISC: Reduced Instruction Set Computer, reduce los accesos a memoria

Versión completa vs Austera

• AUSTERA: La caché L2 contiene menos memoria, más lento acceder a los datos, más barato.
• COMPLETA: No tiene limitaciones de caché, más caro.

Overclocking

• No todos los componentes están preparadas para overclocking
• Permite modificar velocidad de la CPU
• BIOS con opciones de overclocking
• Hay que saber el voltaje máximo que puede soportar la CPU
• Hay que saber las caracteristicas de la CPU:
• TDP: Son los waltios que la CPU usa para que funcione bien
• Bus Ratio o Multiplicador de reloj: es la frecuencia que configuraremos para ir subiendo la velocidad de la CPU
• Voltaje: cada CPU tiene un voltaje máximo
• Aumentar reloj base:
• Opción frequency/Voltage Control o Overclocking
• Suele trabajar a una velocidad inferior, normalmente se le puede subir un 10%
• Se multiplica con el multiplicador para llegar a la velocidad total del núcleo
• Reducir la velocidad del bus de la memoria:
• Memory Multiplier” (Multiplicador dememoria), “DDr
• MemoryFrecuency” (Frecuenciade memoria DDR) o “Memory Ratio" (Relación de memoria
• Aumentar el multiplicador:
• “RELACIÓN DEL CPU 0 CPU CLOCK RATIO"
• No todas las CPU/BIOS/Placas lo permiten
• Puedes disminuir el reloj base para aumentar el multiplicador
• Utilizar un reloj base inferior y un mayor multiplicador dará lugar a un sistema más estable
• Aumentar el voltaje:
• “VCORE VOLTAGE 0 VOLTAJE DEL NÚCLEO DEL PROCESADOR"
• Aumentar el voltaje mas delímite puede dañar la PC
• Es peligroso
• Aumentos progresivos
• Prueba a poner el reloj y el multiplicador con los primeros valores que eran inestables antes, y ve aumentándolos haciendo pruebas de resistencia.

Underclocking

• Modificar un PC para que funcione a menor velocidad.
• Se usa para reducir el consumo de energía y disminuir la emisión de calor.

T.4 Memoria

• Jerarquía de la memoria:
• Cache
• ROM
• RAM

Tipos de memoria

• Cache, ROM y RAM
  • Volátiles: Dinámicas (DRAM), Estáticas (SRAM)
  • No volátiles: ROM, PROM, EPROM, EEPROM, FLASH

Introducción a la caché

• Conjunto de datos duplicados de otros
• Cuando se accede por primera vez a un dato, se hace una copia en la cache

Tipos de caché

• Memoria cache de procesador: L1, L2, L3
• Memoria cache del disco duro

Capacidad de la caché

• Tamaño grande:
  • Más compleja, más lenta, más espacio
• Tamaño pequeño:
  • Más fallos

Organización de Caché

• Palabra: cadena de bits
• Bloque: cantidad de información que puede estar presente o no
• Acierto: dato solicitado por la CPU está en la cache
• Fallo: dato solicitado por la CPU que NO está en la cache
• Controlador de cache: gestiona las lecturas y escrituras de la cache

Correspondencia de caché

• Relación entre la memoria principal y la cache
• Técnicas:
  • Directa: cada bloque de la memoria principal tiene su posición en la cache y siempre en el mismo sitio
  • Asociativa: los bloques de la memoria principal se alojan en cualquier bloque de la memoria cache
  • Asociativa por conjuntos: cada bloque de la MP tiene asignado un conjunto de la cache

Funcionamiento de la caché

Copia los datos que se encuentran en la RAM

Rendimiento de caché

• Tasa de aciertos: Na / Np y en % = (Na / Np) * 100
• Tasa de fallos: Nf / Np y en % Tf=(Nf / Np) * 100
• Na: número de aciertos
• Nf: número de fallos
• Np: número de peticiones a cache

T.4 ROM - BIOS

• BIOS:
  • Sistema de E/S
  • Conjunto de programas en una ROM
  • Realiza las funciones necesarias para arrancar el PC
  • Se encarga de encontrar el sistema operativo
  • Tipos:
    • BIOS DIP en zócalo, BIOS DIP soldada, BIOS PLCC en zócalo, BIOS PLCC soldada
  • DIP: Dual In-line Package rectangulares
  • PLCC: Plastic Leaded Chip Carrier
  • Más modernas
  • Una vez arrancado el SO la BIOS ya no se utiliza
  • Overclocking
  • Algunas BIOS permiten configurar overclocking
  • En resumen es el proceso de arranque del PC
  • Para entrar a la BIOS hay que pulsar algunas teclas, las más comunes son: Supr, Del, F2, F10
• Notificaciones POST:
  • Significa un error de la placa base
  • Es importante para comprobar la placa base o agregar un hardware

Actualización BIOS

• Soluciona problemas afectados
• Mejores controladores
• Soporte para nuevos proecsadores
• Un fallo en la actualización puede dejar la placa inservible

CMOS

• Memoria para almacenar la configuración del BIOS 0 UEFI
• Necesita energía constante
• Arranque del sistema
• Tipo y velocidad del procesador
• Overclocking
• Actualización de la BIOS
• Para borrar la config, quitar la pila o el botón

UEFI

• Desarrollada por INTEL
• Reemplaza la antigua interfaz BIOS
• Actúa como puente entre SO y el firmware base
• Reduce el tiempo de inicio
• Asegura el proceso de arranque impidiendo la carga de drivers

T.4 Memoria RAM

• Memoria volátil y principal del ordenador que almacena datos e instrucción.
• Componentes físicos: -- Chip: encargado de almacenar datos al módulo de la memoria RAM -- Banco de memoria: componente físico encargado de almacenar los registros formado por chips de circuitos integrados -- Placa de componentes: estructura que soporta el resto de componentes -- Bus de conexión: permite la comunicación entre la RAM y la placa base
• Organización: -- Se organiza físicamente por un conjunto de filas y columnas que forman un BANCO
• Funcionamiento: -- 1. Se enviá la señal CS, para seleccionar el banco -- 2. Se envía la señal RAS para seleccionar la fila -- 3. Se enviá la señal CAS para seleccionar la columna -- 4. Se enviá la señal ACTIVE para bloquear la fila donde se leerá/escribirá -- 5. Se lee o escribe el bit de información -- 6. Se enviá la señal PRECHARGE para desbloquear la fila

Memoria gráfica

• VRAM (Video RAM): memoria dedicada al procesador para gráficos integrados o GPU.
• HBM (High Bandwith Memory): memoria de gran ancho de banda usada en modelos de gama alta
  • Funciona de manera síncrona, suprimiendo cuellos de botella.

Características RAM

• Velocidad: se mide en MHz (1 MHz = 1 millón de operaciones lectura/escritura por segundo).
• -- Tasa de transferencia de datos: se mide en Mb/s o Gb/s.
• -- Tiempo de acceso: se mide en nanosegundos (1 nanosegundo = 10^9 segundos).

Latencia

• Retardo producido al acceder a los componentes de la memoria.

ECC

• "Error checking and correction"
• Puede detectar y corregir errores.

Tipos de RAM

• SRAM (Static RAM):
  • Memoria semiconductora que mantiene los datos mientras esté alimentada.
  • Se utiliza en caché debido a su rapidez.
• Ventajas: sin circuito de refresco.
• Inconvenientes: más compleja, menos almacenamiento, más cara.
• DRAM (Dynamic RAM):
  • Más baratas, lentas y consumen más que las SRAM; se usa como memoria principal.
• Ventajas: más simple, más almacenamiento.
• Inconveniente: necesita circuito de refresco
• SDRAM: DRAM sincronizada, muy utilizada en ordenadores. -SDR SDRAM : Simple tasa de transferencia de datos
• --DDR SDRAM Doble tasa de transferencia de datos ---DDR2 SDRAM Los búferes de E/S trabajan x2 de la frecuencia del núcleo ---DDR3 SDRAM Los búferes de E/S trabajan x4 de la frecuencia del núcleo
• --DDR4 SDRAM Se encuentra en los módulos DIMM 288 contact.Mayor rendimiento y menor consumo

DDR5 SDRAM

• Se encuentra en módulos DIMM 288, ofrece mayor rendimiento y menor consumo
• Incluye funcionalidades como DF3
• VRAM (Video RAM): se utiliza con los drivers gráficos para manejar datos visuales
• GDDR (Graphics Double Data Rate): tecnología de memoria RAM específica para GPUs ----Reduce consumo y calor ----Existen varias versiones (GDDR3, GDDR4, GDDR5 y GDDR6)

Módulos de RAM

• DIMM (Dual In-line Memory Module):
  • Las conexiones con los componentes se realiza por unos pines
  • Circuito impreso que contiene chips de memoria y se conecta directamente en ranuras de la placa base

RIMM (Rambus In-line Memory Module)

• Salió en 1990, pero su alto precio limitó su aceptación.
• FB-DIMM (Fully-Buffered DIMM) -Diseñadas para servidores -Los datos fluyen en serie entre memoria y controlador.
• SO-DIMM Registered: incluyen un registro entre la DRAM y el controlador para incrementar la velocidad
• Inconveniente: pérdida de latencia
• ECC:
  • Circuito de detección y corrección de errores.
  • ECC ADVANCED/CHIPKILL es la evolución de ECC. Necesita soporte desde el chipset y la memoria.