Mantenimiento y Montaje de Equipos Informáticos/Tema 2/El Microprocesador

De Wikilibros, la colección de libros de texto de contenido libre.
Ir a la navegación Ir a la búsqueda


Índice de El Microprocesador

11:15 8 jul 2019

Índice del «Tema 2»

MME: 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9

Procesador AMD Athlon 64 X2 conectado en el zócalo de una placa base.

El microprocesador (o simplemente procesador) es el circuito integrado central más complejo de un sistema informático; a modo de ilustración, se le suele llamar por analogía el «cerebro» de un computador. Es un circuito integrado conformado por millones de componentes electrónicos. Constituye la unidad central de procesamiento (CPU) de un PC.

Es el encargado de ejecutar los programas, desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria.

Esta unidad central de procesamiento está constituida, esencialmente, por registros, una unidad de control, una unidad aritmético lógica (ALU) y una unidad de cálculo en coma flotante (conocida antiguamente como «co-procesador matemático»).

El microprocesador está conectado generalmente mediante un zócalo o socket específico de la placa base de la computadora; normalmente para su correcto y estable funcionamiento, se le incorpora un sistema de refrigeración que consta de un disipador de calor fabricado en algún material de alta conductividad térmica, como cobre o aluminio, y de uno o más ventiladores que eliminan el exceso del calor absorbido por el disipador. Entre el disipador y la cápsula del microprocesador usualmente se coloca pasta térmica para mejorar la conductividad del calor.

La medición del rendimiento de un microprocesador es una tarea compleja, dado que existen diferentes tipos de "cargas" que pueden ser procesadas con diferente efectividad por procesadores de la misma gama. Una métrica del rendimiento es la frecuencia de reloj que permite comparar SOLO procesadores con núcleos de la misma familia, siendo este un indicador muy limitado dada la gran variedad de diseños con los cuales se comercializan los procesadores de una misma marca y referencia. En PassMark Software se muestran los rendimientos de los procesadores con un determinado perfil de utilización.

GPU vs. CPU[editar]

Comparación CPU y GPU
  • La CPU es procesador genérico y la GPU está especializada en representaciones gráficas.
  • La velocidad de las GPU superan a las velocidades de la CPU.
  • La GPU trabaja íntegramente en paralelo (se basa en el Modelo Circulante).
  • La CPU puede remplazar una simple GPU (como los Intel i7) pero las GPU no pueden sustituir a las CPU.
  • La ubicación: la CPU se sitúa en la placa base y la GPU va soldada en la circuitería de la representación gráfica.

Funcionamiento[editar]

Microarquitenctura Nehalem de Intel vista funcional.
Diagrama mostrando como es decodificada una instrucción en binario

Desde el punto de vista lógico, singular 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 de coma flotante.

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, prelectura 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), una operación como una suma puede utilizar dos o más sumandos situados en la memoria RAM o en los registros del procesador
  • 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, en la actualidad, genera miles de megahercios.

Características[editar]

En un microprocesador se puede diferenciar diversas partes:

  • Encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en si, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo, por oxidación por el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplaran a su zócalo a su placa base.
  • Memoria caché: es una memoria ultrarrápida que emplea el procesador para tener alcance directo a ciertos datos que «predeciblemente» serán utilizados en las siguientes operaciones, sin tener que acudir a la memoria RAM, reduciendo así el tiempo de espera para adquisición de datos. Todos los micros compatibles con PC poseen la llamada caché interna de primer nivel o L1 situada junto a la unidad de ejecución; también en su interior otro nivel de caché, más grande, aunque algo menos rápida, es la caché de segundo nivel o L2 e incluso los hay con memoria caché de nivel 3, o L3 que es común a todas las unidades de ejecución del procesador.
  • Número de núcleos es un término de hardware que describe el número de unidades de procesamiento central independientes de un solo componente informático (chip).
  • Nº de subprocesos hace referencia a la secuencia ordenada básica de instrucciones que se pueden procesar o transmitir a través de solo núcleo de la CPU.
    Tubería superescalar simple. Al leer y despachar dos instrucciones a la vez, un máximo de dos instrucciones por ciclo pueden ser completadas. (IF=(Fetch)Lectura de instrucción, ID=Decodificación, EX = Ejecución, MEM=Accede A Memoria, WB=(Write)Escritura en Registos
  • Velocidad de reloj mide la velocidad a la que un procesador realiza una actividad. Las velocidades de reloj se muestran en gigahercios (GHz), que son mil millones de ciclos por segundo.
  • Conjunto de instrucciones hace referencia al conjunto básico de comandos e instrucciones que un microprocesador entiende y puede llevar a cabo. Suele ser de 64 bits.
  • Extensiones del conjunto de instrucciones son instrucciones adicionales que pueden aumentar el rendimiento si se realizan las mismas operaciones en varios objetos de datos. Se requieren para determinadas aplicaciones, simuladores o juegos complejos.
  • Tamaño máximo de memoria RAM hace referencia a la capacidad de memoria máxima (en GB) admitida por el procesador.
  • Tipo de memoria RAM compatible: DDR2,DDR3, DDR5,...
  • Memoria ECC compatible indica que el procesador es compatible con la memoria de código de corrección de errores. La memoria ECC es un tipo de memoria del sistema que puede detectar y corregir tipos comunes de corrupción de datos internos.
  • Tecnología Virtualización permite que una plataforma de hardware funcione como varias plataformas “virtuales”.
  • Canales de memoria hace referencia a la operación independiente y en paralelo entre la memoria RAM y el procesador. Suelen ser 2.
  • Ancho de banda máximo de memoria es la velocidad máxima (en GB/s) a la que el procesador puede leer los datos o almacenarlos en una memoria de semiconductores.
  • Puerto o zócalo: es la manera en que el procesador se comunica con el mundo externo.

WEB comparativa de rendimientos de procesadores[editar]

En la web Pass Mark podemos ver los rendimientos de los Procesadores o CPU de diversas marcas con tres tipos de test:

  • Comparativa entre Laptop o Portátiles
  • Comparativa entre Desktop o Escritorio
  • Comparativa Intel vs. AMD
  • Comparativa con procesadores asimétricos


Otra web UserBenchmark realiza una comparativa similar.


Han colaborado miles de usuarios mediante aportaciones desinteresadas. Resulta interesante consultarla antes de adquirir o ampliar la memoria RAM.

Multiprocesador o procesamiento Asimétrico[editar]

Este tipo de placa base puede acoger a varios procesadores (generalmente de 2, 4, 8 o más). Estas placas base multiprocesador tienen varios zócalos de microprocesador, lo que les permite conectar varios microprocesadores físicamente distintos (a diferencia de los de procesador de doble núcleo).

Cuando hay dos procesadores en una placa base, hay dos formas de manejarlos:

  • El modo asimétrico, donde a cada procesador se le asigna una tarea diferente. Este método no acelera el tratamiento, pero puede asignar una tarea a una unidad central de procesamiento, mientras que la otra lleva a cabo a una tarea diferente.
  • El modo simétrico, llamado multiprocesamiento simétrico, donde cada tarea se distribuye de forma simétrica entre los dos procesadores.