Procesador: CPU y Componentes Informáticos - PDF

T.3 PROCESADOR - PROCESADOR - - - Conocido como **CPU** - Componente principal del ordenador - Controla todos los componentes - La capacidad depende de los componentes, sobre todo del **chipset, RAM y software** -...

T.3 PROCESADOR - PROCESADOR - - - Conocido como **CPU** - Componente principal del ordenador - Controla todos los componentes - La capacidad depende de los componentes, sobre todo del **chipset, RAM y software** - Características: - - - **Velocidad de proceso:** número de ciclos de procesamiento por segundo - Tamaño de la memoria caché: - - - Cuanto más caché, permite acceder más rápido a los datos - Tipos de caché: L1, L2, L3 Y L4 (actuales) - Velocidad del bus: Se mide en Mhz o Ghz - Tecnología de fabricación: Es el tamaño de integración de los transistores. Se mide en nanómetro - - - Ventajas de la reducción: 1. Menor consumo 2. Mayor velocidad - Multiproceso: - - - Es la capacidad de ejecutar varias instrucciones a la vez - Multinúcleo: combina varios microprocesadores - Multihilo: permite analizar las instrucciones y decida cuales ejecutar - Velocidad: - - - Se mide en Ghz - 1 Ghz = 1000 Mhz - 1 Ghz = ejecuta 1 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 - Todos los procesadores modernos tienen dos velocidades: - - - Interna: velocidad a la que funciona el procesador - Externa / FSB: velocidad que se comunica con el Northbridge o placa base - Multiplicador: - - - Relación matemática entre la velocidad y externa - Velocidad interna = Multiplicador x V. FSB - Multiplicador = V. Interna x V. FSB - La unidad GT/s: - - - Utilizada para Intel **(i3, i5,i7)** - Son los datos que se envían y reciben simultáneamente - Caché: - - - Muy rápida y de poca capacidad - Es usada por procesador para reducir el tiempo promedio necesario en acceder a los datos de la RAM - Niveles: - L1: - Se ubica dentro del procesador y funciona a la misma velocidad que esté - Almacena los datos que inmediatamente van a ser usados por la CPU - Dos tipos: Datos e Instrucciones - Tamaño en torno los 256 KB en total - L2: - Se utiliza para solucionar los efectos de un fallo en **L1** - Almacenan las instrucciones y datos que serán utilizadas por la CPU - Mayor capacidad de almacenamiento que L1 pero **más lenta** - El tamaño suele variar entre 256 KB y los 18 MB - L3: - Es 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 inteno o núcleo: - Las CPUs modernas funcionan a manor 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 - Encapsulado: - - - Capsula que protege la circuitería del procesador - Tipos: - SECC: - - Obsoleto - Permite 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: - - Es igual que el PGA pero no tiene los pines en la parte superior. Tiene unas 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 Cache L1 con la L2 - BUS DEL SISTEMA - - - TECNOLOGÍA FSB - - - Velocidad a la que se comunica el **L2** con el Northbridge - TEC. HT (HyperTransport) - - - Desarrolada por **AMD** en 2001 - Permite la conexión directa con la RAM sin necesidad de usar Northbridge - TEC. QPI - - - Conexión de ruta - Desarrolada por **Intel** - Permite el control de RAM sin necesidad de usar Northbridge - Utiliza **GT/s (GigaTransferencias/segundo)** para medir la velocidad - TEC. UPI - - - Desarrolada por **Intel** en 2017 - Mejora la eficencia energética - Enlace más rápido - 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) - DIAGRAMA DE BLOQUES 2 NÚCLEOS  - Controlador de memoria integrado: hace que sea más rapido el aceceso a la RAM - Bus de datos de alta velocidad: + ancho de banda 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) - - - DISIPAR EL CALOR - - Si la CPU se sobre calienta, le envía una señal para que el equipo se apague - **Suelen tener:** Disipador y ventilador - **PC Fanless:** Sólo tiene disipadores - Elementos para disipar el calor: - El disipador: pieza metálica, absorbe el calor y lo disipa al ambiente - El ventilador: aplica aire fresco al disipador y lo enfriá, permitiendo que absorba más calor - Enfriamiento por agua: - Sistema basado en el movimiento de agua, impulsada por un bomba por unos tubos dentro del disipador - El agua absorbe el calor del disipador y en la parte externa esta el ventilador que la enfría. **Y SE REPITE EL CICLO** - Pasta térmica + Disipador + Ventilador (Limpiamos el procesador con un trapo o papel) - Hay que añadir una pequeña cantidad de pasta térmica - Esparcimos la pasta con algún objeto y colocamos el disipador con el ventilador - ARQUITECTURA DE 32 Y 64 BITS - - Hace referencia al ancho de registros al que trabaja la ALU - Es necesario tener un software - Los SO modernos suelen tener 2 versiones, **32 y 64 bits** - Diferencias: - Un procesador de 32 bits, para efectuar cálculos con más bits necesita dividir las operaciones, entonces necesita más tiempo, mientras el un procesador de 64 bits no tiene necesidad de dividir las operaciones - El límite de la memoria RAM es la cantidad de memoria RAM a la que la CPU puede acceder, en **32 bits es capaz de direccionar 4 GB RAM** y los de **64 bits** es capaz de direccionar **16 Exabytes** - PROCESADORES CON TARJETA GRÁFICA - Los procesadores modernos integran la unidad de procesamiento de gráficos - La placa base y el chipset debe de ser compatibles - APU: CPU + GPU = CPU con graficos integrados - Obviamente las gráficas dedicadas son más potentes - MODELOS - INTEL: mayor fabricante de circuitos integrados, creador de la serie de procesadores de x86 y dominante del mercado de los procesadores - AMD: segundo proveedor de procesadores basados en la arquitactura x86 - Qualcomm: principal suministrador de procesadores para smartphones - Cyrix®/VIA Tecnologies®: \"Very Innovative Architecture\": fabrica CPUs de baja potencia, mayor fabricante de chipsets para placas bases - FAMILIAS - Cada procesador tiene su conjunto de instrucciones - Los procesadores se agrupan en las familias - ARQUITECTURA CISC - CISC: Complex Instruction Set Computer - Conjunto de instrucciones muy amplia - Realiza operaciones complejas - ARQUITECTURA RISC - RISC: Reduced Instruction Set Computer - Reduce los accesos a memoria - VERSIÓN COMPLETA -- AUSTERA - AUSTERA - La caché L2 contiene menos memoria - Es más lento al acceder a datos e instrucciones - Es más barato - COMPLETA - No tiene limitaciones de caché - Es más caro - - OVERCLOCKING - No todos los componentes están preparadas para overclocking - Te permita 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 o 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 - Aumnetamos el multiplicador en 0,5 a 0,5 a 0,5 a........... - Hay que hacer pruebas de temperaturas y de resistencia - Repite el proceso hasta llegar al límite y la computadora se cuelgue - Aumentar el voltaje: - "VCORE VOLTAGE o VOLTAJE DEL NÚCLEO DEL PROCESADOR" - Aumentar el voltaje mas delímite puede dañar la PC - Es peligroso - Aumentos de 0,025, al primer aumento, haz una prueba de resistencia - Prueba a poner el reloj y el multiplicador con los primeros valores que eran inestables antes de cambiar el voltaje, ve aumentándolos haciendo pruebas de resistencia hasta obtener un sistema estable - UNDERCLOCKING - Modificar un PC para que funcione a menor velocidad - Se usa para reducir el consumo de energía - Reducir la emisión de calor T.4 MEMORIA - JERARQUÍA - TIPOS DE MEMORIA - - - Cache - ROM - RAM  - INTRODUCCIÓN - - - Conjunto de datos duplicados de otros - Cuando se accede por primera vez a un dato, se hace una copia en la **cache** - TIPOS DE CACHE - - - Memoria cache de procesador: L1, L2, L3 - Memoria cache del disco duro - CACHE CAPACIDAD - - - Tamaño grande: - - - Más compleja - Más lenta - Más espacio - Tamaño pequeño: - - - Más fallos - CACHE ORGANIZACIÓN - - - **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 - CACHE CORRESPONDENCIA - - - 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 miso 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 - CACHE FUNCIONAMIENTO - - - ****Copia los datos que se encuentran en la RAM**** **** - CACHE RENDIMIENTO - - - 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 comrpobar 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 que se uti.iza para almacenar la configuración d la BOS o UEFI - Necesita energía constante - Arranque del sistema - Tipo y velocidad del procesador - Overclocking - Actualización de la BIOS - Para borrar la config se puede hacer quitan la pila o por un botón si la tiene la placa - UEFI - - - Desarrollada por INTEL - Reemplaza la antigua interfaz BIOS - Funciona como puente entre SO y el firmware base - Reduce el tiempo de inicia - Asegura el proceso de arranque impidiendo la carga de drivers T.4 MEMORIA RAM - Es una memoria volátil - Es la memoria principal de un ordenador - Su función es almacenar datos e instrucciones de forma temporal - 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. 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 en la que se va a leer o escribir 5. Se lee o escribe el bit de información 6. Se enviá la señal PRECHARGE para desbloquear la fila 1. - MEMORIA GRÁFICA O VÍDEO (VRAM) - - - Memoria RAM dedicada al procesador con gráficos integrados o GPU - MEMORIA GRÁFICA O VÍDEO (HBM) - - - High Bandwitdth Memory (memoria de alto ancho de banda) - Se usa en modelos de gama alta, como supercomputadoras o en algunas tarjetas gráficas gaming - Funciona de manera síncrona - Suprime el cuello de botella de procesamiento - Eficencia energetica, usa menos energia en un factor de forma menor a DDR4 O GDDR5 - Factor de forma reducido - Ancho de banda muy superior - CARACTERÍSTICAS RAM - - - VELOCIDAD: - - - Se mide en Mhz - 1 Mhz = 1 millón de operaciones de lectura y escritura por segundo - TASA DE TRANSFERENCIA DE DATOS - - - Se mide en Mb/s o Gb/s - Máxima cantidad de memoria que se puede transferir por segundo - TIEMPO DE ACCESO - - - Se mide en nanosegundos - 1 nanosegundo = 10^-9^ segundos - Tiempo que tarda la CPU en acceder a la memoria - LATENCIA - - - Es el retardo producido al acceso en los componentes de la memoria - ECC - - - \"Error checking and correction\" - ECC puede detectar y corregir errores - TIPOS DE RAM - - - SRAM (Static RAM) - - - Es un tipo de memoria basada en semiconductores, es capaz de mantener los datos mientras esté alimentada - Se suele utilizar para la memoria caché - Ventaja: sin circuito de refresco - Inconveniente: más compleja, menos almacenamiento, más cara - DRAM (Dynamic RAM) - - - Son más baratas, más lentas y consumen más que las SRAM - Se suele utilizar para memoria principal - Ventaja: más simple, más almacenamiento - Inconveniente: necesita circutería fe refresco - SDRAM - - - DRAM sincronizada - Se utiliza mucho en los ordenadores 1. 1. 1. 1. 1. SDR SDRAM - - - - - - - Simple tasa de transferencia de datos 1. 1. 1. 1. 1. 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. - Tienen un mayor rendimiento y menor consumo - - - - - - - **DDR5 SDRAM** - - - Se encuentra en los módulos DIMM 288 contact. - Tienen un mayor rendimiento y menor consumo que DDR4 - Tiene nuevas funcionalidades como **DF3**, es capaz de escalar la velocidad de E/S a memoria - VRAM (Video RAM) - - - Tipo de RAM que utiliza el driver gráfico para poder manejar toda la información visual - GDDR (Graphics Double Data Rate) - - - Es una tecnología de memoria RAM específica para GPUs - Reduce el consumo y el calor - Existen varias versiones: - - - GDDR3, GDDR4, GDDR5 y GDDR6 - MÓDULOS DE RAM - - - Son pequeñas placas donde van integrados chips de memoria - La conexión con los componentes se realiza por unos pines - TIPOS: - - - DIMM (Dual In-line Memory Module) - - - 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 - Debidp al alto precio de esta no ha tenido gran aceptación en el mercado - FB-DIMM (Fully-Buffered DIMM) - - - Diseñadas para servidores - Los datos entre la memoria y el controlador se transmiten en serie - - - - - - - SO-DIMM  - - - - - - - Registered - - - Tiene un registro entre DRAM y el controlador de memoria del sistema - Así se consigue un incremento en la velocidad al transmitir datos - Inconveniente: perdida de latencia - ECC - - - Es un tipo de circuito de detección de errores y corrección de errores - ECC ADVANCED/CHIPKILL, es la evolución de ECC - Para tener este sistema, el chipset y la memoria debe de soportarla