-- Índice de contenidos concisos y enlaces --    Definición CPU, GPU y VPU.      Coprocesador      Marcas y modelos      La velocidad (FSB), HT y QPI. 32 bits y 64 bits. L1, L2 y L3.      Socket - zócalo.      Partes      (ALU y unidad de control).      unidad de control (UC). (ALU). (Multicore). Overclocking      Sandy Bridge.      Ubicación       Procesadores para Smartphone  Ventilación Autoevaluación, dudas y correcciones sobre este tema. Ligas a temas relacionados.   Selecciona un texto y da clic aquí

Definición de microprocesador      Es un conjunto de circuitos sumamente complejos, integrados por componentes electrónicos microscópicos encapsulados en un pequeño chip. Se encarga de la coordinación y dirección de todas las operaciones que se llevan a cabo entre los diversos dispositivos de la computadora; tales como la memoria RAM, las unidades de disco duro, la ejecución de instrucciones de los programas, el control hacia los puertos de comunicación, las operaciones matemáticas, etc.  Se le puede denominar indistintamente entre procesador y microprocesador, actualmente se está llegando al límite de la miniaturización de los componentes internos y se tiene la visión de que tendrán que desarrollar nuevos procesadores basados en la computación cuántica (uso de qubits en lugar de los bits de la computación clásica). Figura 1. Microprocesador marca Via Tecnologies®, modelo C3, velocidad 1.4 GHz. Definición de CPU, GPU y VPU       Las tres siglas hacen referencia al microprocesador, sin embargo cada una se utiliza en actividades distintas:       + Qué significa CPU: es ("Central Process Unity") ó unidad central de proceso, siendo el microprocesador principal que utiliza la computadora en su conjunto para el proceso de datos en general.      + Qué significa GPU y que significa VPU: significan ("Graphic Process Unity") ó unidad de proceso de gráfico / ("Video Process Unity") ó unidad de proceso de video respectivamente. Ambas siglas se refieren a un mismo procesador independiente del principal; que se encarga específicamente del proceso de video y gráficos, y así libera de esta carga de trabajo al CPU. El procesador de gráficos puede estar integrado en la tarjeta principal, en una tarjeta aceleradora de gráficos ó en la estructura del mismo procesador principal.

El coprocesador matemático

     Es un chip independiente que contiene un circuito de apoyo para el microprocesador, su función era encargarse de liberarlo de las operaciones aritméticas y así el microprocesador se encargara de los demás procesos y hacer mas eficiente el sistema.

      Los microprocesadores se vendían en el mercado con la opción de adquirir sus respectivos coprocesadores matemáticos pero fue hasta el lanzamiento de los modelos Intel® 486 DX (1989), que este integró al cuerpo del microprocesador y a partir de entonces todos lo tienen integrado.

Figura 2. Coprocesador matemático marca Intel®, modelo i487SX, para apoyo de los microprocesadores i486SX, i486DX, i486DX2 ó i486DX4 de Intel®.

Marcas y modelos de microprocesadores

        Al adquirir un microprocesador, este se ofrece con ciertas características que lo definen; entre ellas están las siguientes:

• La marca: esta puede ser alguna de las 3 líderes:

• El modelo: es la subdivisión de los microprocesadores. Los modelos regularmente se referirán a una versión completa del producto ó a otra mas austera. La austera se refiere a que contiene menor cantidad de memoria caché L2 integrada dentro del circuito, por lo que es mas lento en acceder a ciertos datos e instrucciones.

1.- Para la marca AMD®: podemos encontrar principalmente el modelo Athlon y Phenom, mientras que las versiones austeras son Duron y Sempron.

Ejemplo de ello:

+ Modelo austero: microprocesador AMD® Sempron, modelo LE-1250, velocidad de 2.2 GHz, memoria caché de 512 KB, para Socket 940 AM2.

+ Modelo completo: microprocesador AMD® Phenom, modelo 9850 X4, velocidad de 2.5 GHz, memoria caché de 4 MB L2 y L3, para socket AM2.

2.- Para la marca Intel®: los modelos completos son Pentium y las versiones austeras son Celeron.

Ejemplo de ello:

+ Modelo austero: microprocesador Intel® Celeron D, modelo Dual Core, velocidad de 1.6 GHz, memoria caché de 512 KB, FSB de 800 MHz, para Socket 775.

+ Modelo completo: microprocesador Intel® Pentium 4, modelo E 6750, velocidad de 2.66 GHz, memoria caché de 4 MB, FSB de 1333 MHz, para socket 775.

La velocidad interna (GT/s, GHz y MHz)

• La unidad GT/s: es una variable utilizada en microprocesadores Intel® de nueva generación denominada iX (la familia ó gama i3, i5, i7 e i9), la cuál significa ("GigaTransferences/second") ó GigaTransferencias/segundo. En la práctica, los GT´s se refieren a los datos que se están enviando y recibiendo simultáneamente de manera efectiva y no hay que confundirla con la velocidad en GigaHertz (GHz).

      Ejemplo de ello se encuentra en la siguiente tabla:

• La velocidad: esta variable se refiere al máximo número de procesos por segundo que es capaz de realizar el microprocesador. Su unidad de medida es el Hertz (Hz). Actualmente se utilizan múltiplos como el MegaHertz y el GigaHertz (GHz) debido a la gran capacidad que pueden llegar a desarrollar. 

     Actualmente, los microprocesadores pueden desarrollar hasta 4.3 GHz es decir 4300 MHz de velocidad interna, mientras que los primeros microprocesadores comerciales (año 1982), tenían una velocidad de 8 MHz.

      **A finales de Julio de 2010, la marca de procesadores Intel®, anuncia que ha desarrollado tecnología capaz de alcanzar velocidades de proceso muy superiores a lo que conocemos hoy en día, ya que la velocidad máxima que se puede lograr con el uso de la tecnología actual no se puede superar en 10 GHz. Su desarrollo está basado en la utilización de fotónica de silicio (el láser y fibra óptica básicamente) también llamada "Avalanche Photodetector (APD)", dentro de sus procesadores, con un límite teórico de hasta 340 GHz.

     Tabla con las diferentes velocidades entre distintos microprocesadores y su evolución:

Tabla 1. Comparativa de velocidades entre microprocesadores al paso del tiempo en MegaHertz y GigaHertz.

El "Frontal Side Bus" (FSB)

• Tecnología FSB: ("Frontal Side Bus") que significa transporte frontal interno, que para el caso de los microprocesadores se refiere a la velocidad máxima con la que es capaz de transmitir datos con la tarjeta principal ("Motherboard") y el sistema en general.

     El FSB en términos físicos se trata de una serie de líneas eléctricas interconectadas de modo paralelo, implementado por la marca Intel®; actualmente todos los dispositivos tienden a utilizar el modo serial, por lo que este tipo de tecnología genera cuellos de botella en los nuevos equipos de alta capacidad de proceso. Por este motivo la empresa AMD® desarrolló a partir de 2001 una nueva tecnología denominada HT "Hypertransport".

 La unidad de medida para el FSB del microprocesador es el MegaHertz (MHz), actualmente las velocidades se encuentran entre los 800, 1066 y 1333 MHz.

Ejemplo de ello es:

     + Microprocesador Intel® Pentium 4, modelo E 6750, velocidad de 2.66 GHz, memoria caché de 4 MB, FSB de 1333 MHz, para socket 775. (Agosto de 2008).

• Tecnología HT: ("HyperTransport") significa Hiper-transportación; se trata de una tecnología desarrollada por AMD® en 2001 en sustitución del FSB clásico, la cuál implementa un bus serial con controlador de memorias independiente que permite la conexión directa con la memoria RAM sin necesidad del uso del NorthBridge de la tarjeta principal ("Motherboard"), es utilizado en microprocesadores basados en arquitectura de 64 bits.

Ejemplo de ello es:

      + Microprocesador marca AMD®, modelo Phenom 8450 X3, frecuencia 2.1 GHz, L2 3.5 MB, para socket AM2.

• Tecnología QPI: ("QuickPath Interconnect") significa interconexión de ruta sencilla; se trata de tecnología desarrollada por Intel® en contraposición a la tecnología HT de AMD®, la cual consiste en un controlador de memoria que permite el control de memoria RAM directamente desde el microprocesador. La unidad de medida utilizada en esta nueva gama de productos es la unidad GT/s, lo cuál significa literalmente GigaTransferencias/segundo. Esta tecnología coexiste aún con FSB.

Ejemplo de ello es:

      + Microprocesador marca Intel®, modelo i7 920 Quad, frecuencia 2.66 GHz, 4.8 GT/s, caché 8 MB, para socket 1366.

Procesadores de 32 bits y 64 bits

     Los bits en la nomenclatura del microprocesador, se tratan del ancho de palabra que puede transmitir de manera simultánea, por lo tanto entre mayor sea la capacidad, mayor eficiencia tendrá al momento de recibir y enviar información. Esto es, si tenemos que el bus (líneas eléctricas por las que fluyen los datos), podía enviar 32 bits, ahora es posible que se envíen 64 bits al mismo tiempo, esto es "ensanchar" el bus.

     La tecnología de 64 bits era usada por servidores, sin embargo la apuesta de las empresas fabricantes, es aplicar a las computadoras domésticas, lo que hasta hace poco se utilizaba solo en equipos de muy alto rendimiento, por lo que se ha roto la barrera de los 4 GB de memoria RAM y es posible en teoría alcanzar hasta 16, 000, 000, 000 de GB de RAM, además de aumentar las capacidades matemáticas, entre otras mejoras.

     Inclusive los sistemas operativos modernos como Microsoft® Windows Vista ó Microsoft® Windows 7  tienen dos versiones para ser instaladas en los equipos de 32 bits y 64 bits, así mismo hay microprocesadores duales que tienen ambas características y permiten elegir que modo utilizar.

La memoria caché L1, L2 y L3

- L1 IC: ("Level 1 instruction cache"): se encarga de almacenar instrucciones usadas frecuentemente y cuando sea necesario volver a utilizarlas, inmediatamente las recupera, por lo que se agilizan los procesos.

     + Memoria L2: esta anteriormente se encontraba en tarjetas de memoria, para ser insertada en una ranura especial de la tarjeta principal (Motherboard) y funciona a la velocidad de trabajo de la misma. Actualmente la memoria L2 viene integrada en el microprocesador, se encarga de almacenar datos de uso frecuente y agilizar los procesos; determina por mucho si un microprocesador es la versión completa ó un modelo austero. Pueden contar con una capacidad de almacenamiento Caché de 8 MB, 9 MB, 16 MB en procesadores AMD® e Intel® y hasta 15 MB en procesadores Intel®.

     + Memoria L3: esta memoria es un tercer nivel que utilizaron primero los procesadores de la firma AMD® y posteriormente Intel®. Con este nivel de memoria se agiliza el acceso a datos e instrucciones que no fueron localizadas en L1 ó L2. Si no se encuentra el dato en ninguna de las 3, entonces se accederá a buscarlo en la memoria RAM. Pueden contar con una capacidad de almacenamiento Caché de hasta 8 Mb y 9 Mb sumando L2+L3 en el caso de la nomenclatura AMD®.

El Socket ó zócalo

• Tipo de socket ó zócalo: este es la base específica dónde se coloca el microprocesador, el zócalo se encuentra integrado en la tarjeta principal ("motherboard"). Este tiene una forma muy específica y una cantidad de conectores para cada tipo de microprocesador. Puede ser un número, una letra o un nombre que lo identifique. Ejemplo de ello es 478 para Intel® Celeron, 775 para Intel® Pentium 4, 940 para AMD® Athlon, 940AM para AMD® Phenom,  etc.

Figura 6. Ejemplo de zócalo 754 para insertar el microprocesador AMD® Sempron 754.

Partes físicas externas que lo componen

     El microprocesador en sí es un chip, que tiene una base que integra conectores tipo pin ó solamente contactos planos. Por el mismo avance en las velocidades de los microprocesadores, actualmente necesitan otros dispositivos de apoyo que son los disipadores de calor y los ventiladores, ya que en caso de faltar estos, el microprocesador envía una señal para que el equipo se apague repentinamente y así evitar que se queme.

• El disipador: es una pieza metálica con formas variadas; este se encarga de absorber el calor generado por el ventilador y disiparlo al ambiente. Es importante mencionar que entre el procesador y el disipador se debe colocar un silicón especial, que transfiere de manera más eficiente el calor entre las 2 piezas, además de evitar el contacto directo entre las 2 piezas calientes.

• El ventilador: se encarga de aplicar aire fresco al disipador y enfriarlo, permitiendo que absorba mas calor proveniente del microprocesador.

• Enfriamiento por agua: son sistemas similares al funcionamiento de un radiador automotriz, esto es, cuentan con un sistema basado en el movimiento de agua, impulsada por una pequeña bomba que la hace circular por unos pequeños tubos dentro del disipador. El agua absorbe el calor dentro del disipador y en la parte externa cuenta con un ventilador que la enfría y se repite el ciclo. Para más información sobre enfriamiento basado en agua, da clic aquí.

Figura 7. Partes de un procesador, en este caso tiene pines, pero puede solamente tener unos conectores planos. Procesador Intel®, modelo i386, velocidad de 25 MHz.

Figura 8. Ejemplo de disipador de calor con su respectivo ventilador. Este se coloca sobre el microprocesador que se pretende enfriar.

División interna (ALU y unidad de control)

     Internamente un microprocesador cuenta con 2 partes muy esenciales:

• ALU: significa ("Aritmetic - Logic Unit") que traducido es unidad aritmética y lógica. Esta se encarga de realizar todas aquellas operaciones necesarias como cálculos de operaciones (multiplicaciones, divisiones, sumas, etc.) y comparaciones entre valores (mayor que, menor que, igual que, etc.).

• Unidad de control: esta se encarga de organizar y manejar todos los procesos tales como interpretar contenidos de las posiciones de la memoria RAM y memoria ROM, control de puertos, acceso a unidades de disco, ejecución de las instrucciones del software, entre otras.

El Overclocking en los microprocesadores

     Traducido significaría incremento al reloj. Es una característica con la que por medio del software del BIOS ó conectando ciertos  puntos de la tarjeta principal ("Motherboard"), entre otras técnicas, se puede lograr que el microprocesador trabaje a velocidades aún mayores de las que especifica el fabricante. Lo más recomendable es hacerlo por el software integrado en el BIOS, ya que viene respaldado por las características de la tarjeta principal. En caso de no funcionar, simplemente se vuelve a configurar al estado original sin mayor problema.

     Esta técnica es utilizada en muchos casos por los vendedores para vender los microprocesadores como un producto con mayor velocidad, sin embargo, también algunos usuarios experimentados lo utilizan para que sus equipos de cómputo soporten algunas aplicaciones como juegos, proyectos 3D, etc., que requieren mayores prestaciones.

Procesadores con tarjeta de video integrada

     La tecnología "Sandy Bridge", se refiere procesadores de la firma Intel® que integran dentro de su arquitectura, un procesador especializado totalmente en el manejo de gráficos (GPU) independientemente del número de núcleos; este GPU puede alcanzar una frecuencia de hasta 850 MHz, es importante mencionar que para el aprovechamiento de esta tecnología, la tarjeta principal (Motherboard), debe de ser compatible y generalmente esta deberá tener una alta capacidad de memoria RAM (hasta 32 Gb).

      Ejemplo: Microprocesador Intel® Modelo i7 2600, Quad Core, velocidad 3.40 GHz, tecnología "Sandy Bridge" para zócalo 1155.

Microprocesadores MultiCore ó procesadores de varios núcleos

      Al llegar al límite de los 4 Ghz, los procesadores tienden a generar demasiado calor, de tal forma que no es posible enfriarlos de manera tradicional y ello conlleva a uso de sistemas más complejos de ventilación que aumentarían el costo de los equipos, haciéndose poco rentables, entre otros factores. La tendencia ha sido la de integrar en un solo microprocesador, varios núcleos (Cores), capaces de procesar paralelamente los datos, sin aumentar la velocidad de proceso, pero haciendo más eficiente el mismo, además de reducir de manera considerable el calor producido, ya que cada uno lleva procesos diferentes y no los concentran en un sólo núcleo.

       a) Un núcleo (MonoCore): 1 núcleo (X1).

      b) Dos ó mas núcleos (Multicore): 2 núcleos (Core Duo/Dual Core/X2), 3 núcleos (TriCore/X3), 4 núcleos (Quad Core/X4) y hasta 6 núcleos (X6), en los actuales procesadores.

       Ejemplo: Microprocesador marca AMD®, modelo Phenom 21090T X6*, frecuencia 3.2 GHz, L2+L3 9 MB, para socket AM3. (*Indica la presencia de 6 núcleos).

Ubicación del microprocesador en la Motherboard

     La posición más común es cerca del panel de puertos y cerca del conector de la fuente de alimentación, ello porque los procesadores más modernos necesitan alimentación directamente desde la fuente.

Figura 9. Ubicación en la tarjeta principal del zócalo 775 para colocar el microprocesador Intel® Pentium ó Celeron Socket 775.

Procesadores para Smartphone

Figura 10. Procesador Qualcomm® Snapdragon S4 Plus, 1.7 GHz.

Con el auge de los dispositivos inteligentes y portátiles tales como los SmartPhone y Tablets, los diseños y capacidades de los procesadores de estos equipos, han ido aumentando en manera considerable sus prestaciones, siendo ya un mercado bastante competido entre los distintos fabricantes. Recordemos que aunque la tendencia sea hacia la miniaturización de dispositivos, estos siguen conservando la arquitectura básica de las computadoras, por lo que también cumplen con la característica de ir escalando la potencia de los dispositivos en cuanto a velocidad de proceso, despliegue de gráficos y conectividad principalmente.        Cabe mencionar que un punto negativo que aún tienen este tipo de equipos es el tema de calor excesivo producido por los dispositivos inteligentes y que por el tamaño de los mismos, no es posible integrarles un disipador-ventilador, lo que se traduce en reducción de tiempo de vida de los mismos y bajo rendimiento de batería.      Algunas marcas que se encuentran en esta gama de procesadores para Smartphone, son Intel® y  Qualcomm®.

Como ventilar correctamente el procesador

Figura 11. Ventilación correcta del CPU.

Básicamente son dos maneras de ventilar el procesador:      1.- Consiste en que el ventilador dirija el aire directamente al disipador del procesador, esto siempre y cuándo el gabinete cuente con un cono de ventilación ó una ventila lateral.       2.- Se trata de que el ventilador expulse el aire del disipador, esto cuándo se carezca de ventilación lateral.      Otras maneras que se utilizan también es por medio de Software especializado y por medios basados en agua.

Autoevaluación, dudas y correcciones sobre este tema

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