Microprocesadores

Hola de nuevo! Antes de irme de "vacaciones" me gustaría explicaros lo que he aprendido esta semana en la clase de montaje y mantenimiento de equipos.

Esta semana la hemos dedicado a los microprocesadores (también llamados "micros" o "CPU") así que vamos al lío.

Aquí podemos ver como es un microprocesador físicamente por fuera. Esta imagen ha sido obtenida de: http://www.directindustry.es/prod/intel/product-33710-194227.html

El microprocesador es el cerebro del ordenador, y los podemos encontrar en el socket, soldados a la placa base o dentro de un cartucho que se conecta a la placa base. Estos microprocesadores pueden se mononúcleo o multinúcleo, así que vamos a explicar la arquitectura interna de cada uno.


Partes del procesador mononucleo

• Unidad de control (UC): busca las instrucciones en la memoria principal y las pasa al decodificador para ejecutarlas.
• Decodificador de de instrucciones: Interpreta e implementa las instrucciones
• Unidad Aritmetico-Lógica (ALU): Se encarga de realizar operaciones aritméticas (normalmente todas las operaciones las transforma en sumas) y lógicas como por ejemplo comparar valores.
• Unidad de Coma Flotante (FPU): Es el coprocesador matemático y como su nombre indica, se encarga de realizar las operaciones de cálculo en coma flotante. El primer procesador en incorporar el FPU, fue el i80486, pero como era muy caro, sacaron el procesador i80486SX que tenia el coprocesador 80487 aparte. Antes de de eso, los coprocesadores iban en zócalos aparte y se nombraban igual que los procesadores, pero en vez de acabar en 6, acababan en 7. Por ejemplo, el procesador i80386, tenia el coprocesador 80387. Hoy en dia cada microprocesador puede llevar 1 FPU por cada núcleo

• Memoria caché: Es la memoria temporal entre la RAM y la ALU
• Caché de nivel 1 o L1: Memoria volátil integrada en el núcleo del procesador que funciona a la misma velocidad que este. Se utiliza para almacenar los datos mas utilizados para poder acceder a ellos más rápidamente. Tiene poco tamaño pero es ultrarrápida. (entre 32KB y 64KB). Dedica la mitad de su capacidad a datos y la otra mitad a instrucciones.
• Caché de nivel 2 o L2: Es una memoria volátil integrada en el procesador pero no en su núcleo. La función de esta memoria es la misma que la L1, solo que esta tiene un poco mas de capacidad y es un poco mas lenta que la L1. Se utiliza cuando la L1 esta llena. (su capacidad oscila entre unos pocos megas)

• Bus trasero (BSB): Realiza la conexión entre el microprocesador y la memoria cache L2.
• Bus Frontal (FSB): Es el bus utilizado como principal en los microprocesadores.

Aquí podemos ver la arquitectura de los procesadores mononúcleo donde se pueden apreciar cada una de las partes descritas anteriormente. Esta imagen esta escaneada de nuestro libro de montaje y mantenimiento de equipos.

Partes del procesador multinúcleo:

Los procesadores multinúcleo, mantienen todas las partes descritas anteriormente, con algunos añadidos que son los siguientes.

• Memoria cache de nivel 3 o L3: Cada núcleo tiene su L1 y L2, y la L3 es compartida por todos los núcleos.

En la imagen se muestra un esquema de la memoria caché donde podemos ver lo que he explicado anteriormente acerca de que la información se almacena en la L1, cuando esta memoria caché esta llena, los datos menos utilizados van a la L2 para liberar espacio en la L1, cuando la L2 esta se llena se empiezan a pasar los datos a la L3 para liberar espacio en la L2 y cuando la L3 se llena, ya se pasan los datos a la memoria RAM. Esta imagen ha sido obtenida de: http://aprendiendomontaje.blogspot.com.es/  que es otro blog similar a este en el que estoy trabajando yo con otros compañeros de clase.

• Controlador de memoria integrado: Reduce la latencia a la hora de acceder a la memoria RAM.
• Bus de transporte de alta velocidad: Es un bus de entrada/salida utilizado para comunicarse con el sistema.

Esta imagen nos la ha mostrado el profesor en clase y en ella se puede ver un procesador i5 de segunda generación de 4 núcleos (cores), donde se puede apreciar la memoria cache L3 que es común para todos los núcleos. A la izquierda podemos distinguir la parte del procesador gráfico, y a la derecha podemos ver el controlador de memoria, el DMI, etc. Esta imagen ha sido obtenida de: http://www.wificlub.org/tag/cpu/

Una vez vista la arquitectura interna de los microprocesadores mononúcleo y multinúcleo, vamos a ver las características más importantes de los microprocesador

• Velocidad: La velocidad de la CPU es igual a la FSB x Multiplicador externo
• Caché: Como ya hemos dicho antes, la cache es la memoria temporal entre la RAM y la ALU. En caches podemos encontrar 3 nomenclaturas, que son:
• Caché de X MB, que hace referencia a la L2 o L3
• Caché de X KB (para almacenar instrucciones) + Y KB (para almacenar datos), y hace referencia a la L1
• Cache de X (numero de nucleos) x Y MB (capacidad de memoria por cada nucleo)
• Consumo: Se mide en voltaje. Con el voltaje se puede hacer overclocking
• Tecnología de fabricación: Es el tamaño de los transistores. Se miden en nanómetros y hoy en día los procesadores de intel están en 14nm y los de AMD en 22nm
• Numero de núcleos: Siempre se hace referencia al numero de núcleos físicos
• Tecnologia Hyper-Threading: Esto, realmente es una característica del sistema operativo y consiste en dividir una CPU real en 2 CPU virtuales. Esto apareció con el Pentium 4

Para terminar el post de esta semana, vamos a nombrar las partes físicas del procesador.

• El encapsulado
• La memoria caché
• El coprocesador matemático (FPU)

Y esto es todo lo que he aprendido esta semana!! En el próximo post más pero no mejor, es imposible ;)