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).
(Extraído de
InformaticaModerna.com)
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.
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 muchas que existen en el mercado:
1.- AMD:
significa
("American
Micro Devices"), que traducido significa micro dispositivos Americanos.
Es una empresa integrada en el año de 1976, dedicada inicialmente a fabricar
microprocesadores idénticos a los de la empresa Intel®, pero esta última
patentó sus productos, por lo que AMD comenzó a diseñar los propios con
muy excelentes resultados, actualmente desarrolla también tecnologías
propietarias para tarjetas de video.
Figura 3. Logo de la empresa AMD,
fabricante de microprocesadores y chips
2.- Intel®:
significa
("INT
egrated EL ectronics"), que significa electrónicos integrados. Esta
empresa se forma en el año de 1968 en el Sillicon Valley de
California en EUA, actualmente desarrolla también tecnologías propietarias
para tarjetas de video y Main Board.
Figura 4. Logo de la empresa Intel®,
fabricante de microprocesadores y chips
3.- ARM®: marca inglesa de procesadores para aplicaciones de
baja potencia, líder en la comercialización de Chips 32 bits para
dispositivos inteligentes como
Smartphone y
Tablet.
Figura 5. Logo de la empresa Via® Tecnologies,
fabricante de microprocesadores y chips
4.- Cyrix®/VIA Tecnologies®: esta marca dominaba en tercer lugar las ventas,
pero actualmente se ha quedado muy relegada por la popularidad que
adquirió AMD; así que fue absorbida por la empresa Via®
Technologies. Actualmente hay una línea moderna de productos de
esta marca que poco a poco se intenta colocar en el mercado de las
Desktop
y de las
Netbook.
Figura 6. Logo de la empresa Via® Tecnologies,
fabricante de microprocesadores y chips
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 los modelos de procesadores Athlon® y Phenom®, mientras que las versiones
austeras de procesador 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), 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:
Marca
Modelo
Velocidad en GHz
Transferencias
Año
Intel®
i5 750
Quad
2.66
GHz
2.5 GT/s
2009
Intel®
i7 920
X58 Quad
2.66
GHz
4.8 GT/s
2009
Intel®
i7 980
Xtrm Six
3.33 GHz
/ 3.6 GHz turbo
6.4 GT/s
2011
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:
Marca
Modelo
Velocidad en MHz
Velocidad en GHz
Año de lanzamiento
Intel®
80286
8 MHz
0.008
GHz
1982
AMD
Gamma
386SX
33 MHz
0.033
GHz
1985
Intel®
Pentium®
100 MHz
0.1 GHz
1993
Intel®
Pentium® III
800 MHz
0.8 GHz
1999
AMD
Athlon®
1300
MHz
1.3 GHz
2005
Intel®
Pentium®
4 E8400, Core Duo
3000
MHz
3 GHz
2008
AMD
Phenom®
2 965 X4, 4 Core
3400 MHz
3.4 GHz
2009
AMD
Fx
4170, L2 4 MB, L3 8 MB, AM3+
4300
MHZ
4.3 GHz
2012
Intel®**
?
50000 MHz
>10 Ghz
a 50 GHz
Se
espera su lanzamiento a finales del 2015
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
la marca 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 Windows® Vista ó
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
Caché: es una
memoria tipo
SRAM, basada en transistores y
por ello es muy veloz. Es intermedia entre el microprocesador y la memoria RAM, esta memoria guarda los datos utilizados
frecuentemente y evita volver a buscarlos en la memoria RAM ya que está es
relativamente lenta, por lo que se agilizan los
procesos. Su unidad de medida es en
Megabytes (MB).
En el caso de los
microprocesadores, estos integran de 1 a 3 tipos de memoria caché denominadas L1, L2 y L3,
que significan ("Level X") ó traducido es nivel 1, nivel 2
y nivel 3.
+ Memoria L1: se encuentra integrada dentro de los circuitos del
microprocesador y eso la hace más cara y más complicado en el diseño, pero
también mucho más eficiente por su cercanía al microprocesador, ya que
funciona a la misma velocidad que él. Esta a su vez se subdivide en
2 partes.
- L1 DC: ("Level 1 date
cache"): se encarga de almacenar datos usados frecuentemente y cuando
sea necesario volver a utilizarlos, inmediatamente los utiliza, por lo que
se agilizan los procesos.
Animación 1. Smart
Cache de procesadores Intel®
- 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 7. 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 8. 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 9. 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).
- Microprocesadores
multi-Core 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).
Figura 10. Ubicación en la tarjeta principal del zócalo 775 para
colocar el microprocesador Intel® Pentium® ó Celeron® Socket 775
-
Procesadores para Smartphone
Figura 11. 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 12. Ventilación correcta del CPU
Figura 13. Sistema Fanless de disipación de calor
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.
Algunos
modelos actuales, debido a sus características de ahorro de energía
y alta tecnología ya no requieren del uso de un ventilador y con el
uso del disipador térmico metálico basta, ejemplo los
procesadores Intel® Atom y algunos
modelos de procesadores
Intel® Celeron, a este sistema se
le llama "Fanless."
-
Pasta térmica para microprocesadores
Figura 14. Jeringa con pasta térmica, marca Cool Master®.
Es importante mencionar que entre el disipador y el procesador de
las computadoras, se coloca una delgada capa de pasta térmica, la
cuál se encarga de transmitir de manera efectiva el calor generado
por el microprocesador hacia el disipador. Esta pasta térmica con el
transcurso del tiempo puede llegar a solidificarse, de tal modo que
se quiebra y deja de transmitir el calor, generando que la
computadora se apague repentinamente, por lo que la solución es
limpiar los restos de la pasta térmica vieja con espuma limpiadora y
añadir una delgada capa de pasta nueva.
Nota: No confundir la pasta térmica utilizada para transmitir
calor entre elementos metálicos, con la
grasa térmica o con la
grasa para mecanismos.
-
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