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            Microprocesadores. Tipos

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            24/10/2021
            microprocesadores

            microprocesadores

            El microprocesador es uno de los componentes más importantes de un ordenador ya que se encarga de dirigir y controlar toda su actividad. Introducido por primera vez en la década de 1970, el microprocesador ha evolucionado significativamente, impulsando avances en diversas áreas de la tecnología, como computadoras personales, dispositivos móviles, impresoras o automóviles.

            Contenidos del artículo

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            • 1. Microprocesador: Introducción y definición
            • 2. Estructura: Descripción de las arquitecturas internas
            • 3. Tipos: Clasificación de microprocesadores según diferentes criterios
              • 3.1. Modelos por fabricante
              • 3.2. Número de núcleos
              • 3.3. Juego de instrucciones
              • 3.4. Zócalo y encapsulado
              • 3.5. Etiquetado de microprocesadores
                • 3.5.1. Intel
                • 3.5.2. AMD
                • 3.5.3. Ejemplos
              • 3.6. Generaciones y apodos de los microprocesadores Intel y AMD
              • 3.7. Rendimiento real vs. especificaciones en microprocesadores
            • 4. Comunicación con el exterior: Cómo interactúan los microprocesadores con otros componentes
              • 4.1. Memoria
              • 4.2. Unidad de E/S
              • 4.3. Buses del sistema
            • 5. Mejoras en la tecnología de los microprocesadores
              • 5.1. Overclocking
              • 5.2. Undervolting
              • 5.3. HyperThreading y Simultaneous Multithreading
              • 5.4. Tecnologías de gestión dinámica de frecuencia
              • 5.5. Arquitectura de chips tridimensionales
              • 5.6. Litografía de nanómetros
            • 6. Ejercicios propuestos
              • 6.1. Preguntas sobre microprocesadores
              • 6.2. Test sobre microprocesadores
              • 6.3. Verificación de microprocesadores con CPU-Z
              • 6.4. Vídeo sobre la fabricación de microprocesadores
              • 6.5. Identificar datos de un microprocesador según su etiqueta
              • 6.6. Investigación sobre modelos de microprocesadores Intel y AMD

            El tema que nos ocupa es fundamental para cualquier profesional que necesite utilizar el ordenador de la forma más eficiente posible. Saber seleccionar el hardware adecuado es esencial para diseñar equipos con un rendimiento acorde al uso que se le vaya a dar. De hecho, una buena elección del microprocesador de un ordenador puede suponer una enorme ventaja competitiva con respecto a otros usuarios o empresas.

            En este artículo se describen las características y funciones más significativas de los microprocesadores,  así como sus tipos, su estructura y su comunicación con el exterior.

            1. Microprocesador: Introducción y definición

            El microprocesador es un circuito integrado formado por millones de elementos electrónicos (la gran mayoría transistores), integrados en una placa de silicio u oblea que posteriormente se adhiere a una placa de circuito impreso o PCB (Printed Circuit Board).

            Una placa de circuito impreso es una superficie constituida por caminos, pistas o buses de material conductor, como el cobre, laminadas sobre una base no conductora. El circuito impreso se utiliza para conectar eléctricamente a través de las pistas conductoras, y sostener mecánicamente, por medio de la base, un conjunto de componentes electrónicos. Ver más sobre circuito impreso

            Una placa de silicio, oblea o wafer es una placa fina de un material semiconductor con la que construyen microcircuitos mediante técnicas de dopado (por ejemplo, difusión o implantación de iones), grabado químico y deposición de varios materiales. Las obleas tienen, de esta manera, una importancia clave en la fabricación de dispositivos semiconductores tales como los circuitos integrados o las células solares. Ver más sobre placa de silicio

            El transistor es un dispositivo electrónico utilizado para amplificar o cambiar señales y potencias eléctricas. Ver más sobre transistores

            El microprocesador tiene una serie de características relevantes:

            • Velocidad: número de ciclos de reloj que pueden darse en una unidad de tiempo. Se mide en diferentes unidades: MHz (MegaHercio), GHz (GigaHercio), MT/s (MegaTransfers / segundo)…
            • Ciclo de reloj: Un ciclo de reloj es una única oscilación de la señal de reloj, que es la señal electrónica periódica que sincroniza las operaciones del microprocesador. La velocidad del microprocesador, medida en Hz (hercios), indica cuántos ciclos de reloj puede completar por segundo. Cabe destacar que 1 Hz es igual a un ciclo por segundo. Por ejemplo, un microprocesador que funciona a 1 GHz (gigahercio) puede realizar mil millones de ciclos de reloj por segundo (1 GHz = 1000.000.000 Hz).
            • Longitud de palabra y bus de direcciones: cantidad máxima de información que se puede leer o escribir en un acceso a la memoria. Puede ser de 16, 32 o 64 bits. Cuantos más bits tenga la longitud de palabra y el bus de direcciones, mayor será la cantidad de información que el procesador puede manejar en un solo acceso a la memoria.
            • Número de núcleos: un procesador puede estar constituido a su vez por varios microprocesadores, como veremos en el punto 3.2.
            • Tecnología en nanómetros (nm): se refiere al tamaño de los transistores en un microprocesador. Cuanto menor es el valor en nanómetros, más pequeños son los transistores, lo que permite colocar una mayor cantidad de ellos en el mismo espacio. Esto incrementa la densidad de transistores por unidad de superficie del chip. Por tanto, cuanto menor sea este valor , mayor será la capacidad de procesamiento del microprocesador.
            • Máxima potencia generada o TDP (Thermal Design Power): cantidad máxima de calor que generará el microprocesador. Se mide en vatios o watts y oscila entre los 20 y los 140 W. Un TDP más alto implica una mayor generación de calor, lo que requiere sistemas de refrigeración más robustos.
            Comprueba tu aprendizaje


            Indica verdadero o falso:

            1. 3 ciclos de reloj/s es lo mismo que 3 Hz.
            2. 1.000 MHz es lo mismo que 1 GHz.
            3. 10.000 Hz es lo mismo que 10 KHz.
            4. 1 millón de Hz es lo mismo que 1 MHz.
            5. Cuanto menor es el valor en nanómetros, mayor es la densidad de transistores por unidad de superficie.
            6. Una mejor tecnología de fabricación aumenta el calor generado y necesita más disipadores.
            7. Cuantos más bits tenga la longitud de palabra y el bus de direcciones, mayor será la cantidad de información que el procesador puede manejar en un solo acceso a la memoria.
            8. Un TDP más alto implica una mayor generación de calor, lo que requiere sistemas de refrigeración más robustos.

            Respuestas: 1. Verdadero, 2. Verdadero, 3. Verdadero, 4. Verdadero, 5, Verdadero, 6. Falso, 7. Verdadero, 8. Verdadero

            Solución explicada:

            1. Verdadero: Un hertz (Hz) es igual a un ciclo por segundo. Por lo tanto, 3 ciclos de reloj por segundo es igual a 3 Hz.
            2. Verdadero: Un gigahertz (GHz) es igual a 1,000 megahertz (MHz). Por lo tanto, 1,000 MHz es igual a 1 GHz.
            3. Verdadero: Un kilohertz (KHz) es igual a 1,000 hertz (Hz). Por lo tanto, 10,000 Hz es igual a 10 KHz.
            4. Verdadero: Un megahertz (MHz) es igual a 1,000,000 hertz (Hz). Por lo tanto, 1 millón de Hz es igual a 1 MHz.
            5. Verdadero: Cuanto menor es el valor en nanómetros, más pequeños son los transistores, lo que permite colocar más transistores en el mismo espacio.
            6. Falso: Una mejor tecnología de fabricación (con menor tamaño de nanómetros) generalmente reduce el calor generado por cada transistor debido a la mayor eficiencia energética, por lo que no necesariamente necesita más disipadores, sino que puede necesitar soluciones de refrigeración más sofisticadas en algunos casos debido al aumento en la densidad de transistores.
            7. Verdadero: cuanto más bits tenga tanto la longitud de palabra como el bus de direcciones, mayor será la cantidad de información que el procesador puede manejar y acceder en un solo ciclo de memoria. Esto mejora significativamente el rendimiento general del sistema, especialmente en aplicaciones que requieren un manejo intensivo de datos.
            8. Verdadero: Un TDP más alto implica una mayor generación de calor y, por lo tanto, la necesidad de sistemas de refrigeración más potentes para evitar problemas de sobrecalentamiento y mantener el rendimiento del procesador.

            2. Estructura: Descripción de las arquitecturas internas

            Para comprender la estructura interna de un microprocesador es fundamental estudiar los tipos de arquitectura. Una de las arquitecturas más destacadas es la arquitectura de Von Neumann, que almacena los programas y datos en la misma memoria, y otra es la arquitectura Harvard, que emplea buses separados para datos e instrucciones. 

            Actualmente, la arquitectura Von Neumann sirve de base para la creación de las computadoras modernas y está compuesta básicamente por los elementos que se muestran en la figura 1.

            Arquitectura de Von Neumann
            Figura 1. Arquitectura de Von Neumann

            John Von Neumann fue un matemático húngaro-estadounidense que hizo contribuciones muy relevantes en física cuántica, análisis funcional, teoría de conjuntos, teoría de juegos, ciencias de la computación, economía, análisis y muchas otras disciplinas. Es considerado uno de los matemáticos más importantes del siglo XX. Ver más sobre John Von Neuman

            La UCP (Unidad Central de Procesamiento) o CPU (Central Processing Unit) es la encargada de ejecutar las instrucciones almacenadas en la memoria principal. Aunque los componentes de una CPU varían según el modelo, podemos partir de la arquitectura Von Neumann para definir sus elementos principales:

            • Unidad de Control (UC) o Control Unit (CU): da «órdenes» al resto de componentes.
            • Unidad Aritmético-Lógica (UAL) o Arithmetic Logic Unit (ALU): realiza las operaciones aritmético-lógicas necesarias. 
            • Unidad de Punto Flotante (UPF) o Floating-Point Unit (FPU): ejecuta cálculos complejos (con números decimales, también llamados números de punto flotante) que la unidad aritmético-lógica no puede realizar. Hoy en día puede haber varias UAL y UPF en un microprocesador.
            • Unidad de gestión de memoria o Memory Management Unit (MMU): traduce las direcciones virtuales (que utiliza el software) en direcciones físicas reales (la ubicación real en la memoria del hardware).
            • Registros: constituyen la memoria interna del procesador y son de alta velocidad y baja capacidad. 
            • Memoria caché: memoria auxiliar que guarda la información que más se utiliza de la memoria principal. La memoria caché está dispuesta en varios niveles (L1, L2…) siendo el nivel L1 el más rápido y de menor capacidad.

            Podemos distinguir tres tipos de buses en la arquitectura de Von Neumann descrita en la figura 1.

            • Bus de datos: contiene los datos que se mueven entre memoria o periférico y CPU.
            • Bus de direcciones: especifica la dirección de memoria o de E/S sobre la que se realiza una acción.
            • Bus de control: dispone de las señales de control como la señal de reloj.
            Comprueba tu aprendizaje:


            Indica verdadero o falso:

            1. La arquitectura de Von Neumann utiliza buses separados para datos e instrucciones.
            2. En la arquitectura de Von Neumann, los programas y datos se almacenan en la misma memoria.
            3. La Unidad Central de Procesamiento (UCP) es responsable de ejecutar las instrucciones almacenadas en la memoria principal.
            4. La Unidad Aritmético-Lógica (UAL) realiza operaciones de punto flotante complejas.
            5. La Unidad de Punto Flotante (UPF) es la encargada de realizar operaciones aritmético-lógicas básicas.
            6. La Unidad de Gestión de Memoria (MMU) traduce direcciones físicas a direcciones virtuales.
            7. Los registros en un procesador tienen alta velocidad y baja capacidad.
            8. La memoria caché L1 es la más lenta y tiene mayor capacidad en comparación con las memorias caché L2 y L3.

            Respuestas: 1 Falso, 2 Verdadero, 3 Verdadero, 4 Falso, 5 Falso, 6 Falso, 7 Verdadero, 8 Falso

            Solución explicada:

            1. Falso: La arquitectura de Von Neumann utiliza una única memoria y bus para datos e instrucciones, a diferencia de la arquitectura Harvard que emplea buses separados.
            2. Verdadero: En la arquitectura de Von Neumann, tanto los programas como los datos se almacenan en la misma memoria.
            3. Verdadero: La Unidad Central de Procesamiento (UCP) o CPU ejecuta las instrucciones que están almacenadas en la memoria principal.
            4. Falso: La Unidad Aritmético-Lógica (UAL) realiza operaciones aritmético-lógicas básicas. Las operaciones de punto flotante complejas son manejadas por la Unidad de Punto Flotante (UPF).
            5. Falso: La Unidad de Punto Flotante (UPF) realiza cálculos complejos que la UAL no puede manejar. La UAL realiza operaciones aritmético-lógicas básicas.
            6. Falso: La Unidad de Gestión de Memoria (MMU) traduce direcciones virtuales a direcciones físicas, no al revés.
            7. Verdadero: Los registros son de alta velocidad y tienen una capacidad menor en comparación con la memoria principal.
            8. Falso: La memoria caché L1 es la más rápida pero también tiene menor capacidad en comparación con las memorias caché L2 y L3, que son más grandes y algo más lentas.

            3. Tipos: Clasificación de microprocesadores según diferentes criterios

            Los microprocesadores los podemos clasificar según el fabricante, número de núcleos, juego de instrucciones y encapsulado.

            3.1. Modelos por fabricante

            Los fabricantes primordiales de microprocesadores para computadoras son AMD e Intel. Para dispositivos móviles, los fabricantes más relevantes son Qualcomm, MediaTek y Samsung, basados en núcleo de ARM (Advanced RISC Machine) y, por ello, son rápidos, pequeños y de bajo consumo.

            3.2. Número de núcleos

            Los microprocesadores pueden ser mononúcleo o multinúcleo (varios procesadores). Con varios procesadores (paralelismo) se pueden realizar diferentes tareas a la vez y se evitan los cuellos de botella que se pueden producir en los procesadores de un solo núcleo, tal  y como se muestra en la siguiente figura.

            Paralelismo en procesadores
            Figura 2. Paralelismo en procesadores de más de un núcleo

            En la actualidad, se pueden encontrar microprocesadores de Intel y AMD de 24, o incluso más, núcleos. Sin embargo, se han llegado a desarrollar procesadores de más de 1000 núcleos.

            Graphcore dice tener el procesador más complejo del mundo: un chip con 59.400 millones de transistores y 1.472 núcleos. Noticia extraída de Xataca.com

            3.3. Juego de instrucciones

            Según el tipo de instrucciones que utilizan los microprocesadores pueden ser CISC (Complex Instruction Set Computing) o RISC (Reduced Instruction Set Computer). Los CISC utilizan muchas instrucciones complejas y lentas, y los RISC dividen cada tarea en subtareas más simples y utilizan pocas instrucciones sencillas y rápidas, por lo que son más baratos y eficientes. 

            Actualmente la mayoría de microprocesadores implementan tecnologías híbridas que disponen de lo mejor de cada una de las dos opciones.

            3.4. Zócalo y encapsulado

            El zócalo o socket es el lugar en el que se inserta el microprocesador. Los encapsulados más utilizados son los siguientes:

            • PGA (Pin Grid Array): el microprocesador tiene pequeños pines metálicos que encajan en el zócalo. Es utilizado por AMD.
            • BGA (Ball Grid Array): el microprocesador tiene unas bolitas que se sueldan directamente a la placa base. Por tanto, no hace falta un socket y se simplifican los costes. Debido a su reducido tamaño se suele utilizar en la fabricación de smartphones y portátiles. 
            • LGA (Land Grid Array): los pines se encuentran en el socket. Por este motivo, los sockets que admiten encapsulados LGA son más débiles que los PGA. Es utilizado por Intel y recientemente por AMD.
            tipos microprocesadores
            Figura 3. Tipos de microprocesadores

            Los zócalos PGA y LGA normalmente disponen de un sistema de sujeción o palanca, denominado ZIF (Zero Insertion Force), que impide que se mueva el microprocesador. 

            3.5. Etiquetado de microprocesadores

            Cada fabricante dispone de su propio sistema de etiquetado, el cual nos permite identificar diversos datos relacionados con el tipo de procesador. A continuación, veremos cómo identificar algunos de los procesadores más comunes, aunque es importante tener en cuenta que existen otras convenciones y métodos de etiquetado.

            Más información sobre el etiquetado de microprocesadores: Etiquetado Intel | Etiquetado AMD

            3.5.1. Intel

            El etiquetado de los microprocesadores Intel proporciona información sobre las características y capacidades del chip. Veamos algunas de las características que podemos identificar:

            Intel etiquetado microprocesadores
            • Brand (Marca y familia de procesadores): Intel® Core™ Ultra Representa la marca del procesador.
            • Brand Level (Número de generación): 9 Indica el nivel dentro de la marca Intel Core. En este caso, «Ultra 9» indica un nivel superior de rendimiento dentro de la gama Intel Core.
            • Series (Serie): 1 Especifica la serie del procesador dentro del nivel de la marca o generación. «1» representa la serie específica dentro de los procesadores Intel Core Ultra 9.
            • Processor Number (Número de procesador): 185H El número exacto del procesador, que puede proporcionar información sobre su posición en la jerarquía de rendimiento.
            • SKU # (Número de modelo): 85 Este número específico dentro del nombre del procesador proporciona una identificación única del modelo en su serie específica.
            • Suffix (Sufijo): H El sufijo proporciona información adicional sobre las características o el uso previsto del procesador. Por ejemplo:
              • H: Alto rendimiento, generalmente para portátiles.
              • K: Desbloqueado para overclocking.
              • U: Ultra bajo consumo de energía.
              • F: Requiere una GPU dedicada (sin gráficos integrados).

            Los gráficos integrados (o gráficos integrados en placa) son un tipo de procesador gráfico que está incorporado directamente en la CPU o en la placa base de un ordenador. A diferencia de las tarjetas gráficas dedicadas (que son componentes separados), los gráficos integrados comparten recursos, como memoria RAM, con el resto del sistema y no necesitan memoria o procesador propios. Esto permite una reducción de costes y espacio, lo que es ideal para equipos compactos y portátiles.

            3.5.2. AMD

            El etiquetado de los microprocesadores AMD también ofrece información detallada sobre las especificaciones del chip:

            1. Familia de procesadores: Por ejemplo, «Ryzen», «Athlon», «Threadripper».
              • Ryzen: Subdividido en series como Ryzen 3, Ryzen 5, Ryzen 7, Ryzen 9, similar a las familias de Intel.
            2. Número de generación: Similar a Intel, el primer dígito del número del modelo indica la generación del procesador. Por ejemplo, en el Ryzen 5 3600, el ‘3’ indica que es de la tercera generación.
            3. Número de modelo: Los dígitos siguientes al número de generación especifican el modelo. En el Ryzen 5 3600, el ‘600’ indica el modelo específico.
            4. Sufijos: Los sufijos al final del número de modelo indican características adicionales:
              • X: Modelos de mayor rendimiento y frecuencias más altas.
              • G: Procesadores con gráficos integrados.
              • U: Procesadores de bajo consumo para portátiles.
              • H: Procesadores de alto rendimiento para portátiles.

            3.5.3. Ejemplos

            • Intel Core i7-10700K:
              • Core i7: Familia de procesadores.
              • 10: Décima generación.
              • 700: Modelo específico.
              • K: Desbloqueado para overclocking.
            • AMD Ryzen 5 3600X:
              • Ryzen 5: Familia de procesadores.
              • 3: Tercera generación.
              • 600: Modelo específico.
              • X: Mayor rendimiento y frecuencias más altas.

            3.6. Generaciones y apodos de los microprocesadores Intel y AMD

            Intel y AMD han desarrollado una serie de microprocesadores a lo largo de los años, cada uno con su propia arquitectura y mejoras tecnológicas. Estos procesadores se han lanzado en generaciones, y cada generación a menudo tiene un nombre en clave o apodo que refleja la arquitectura subyacente. A continuación, se pueden ver las generaciones y apodos más significativos de ambos fabricantes. (Estas tablas no es necesario aprenderlas)

            Generaciones y apodos de microprocesadores Intel (tabla aproximada, puede haber alguna variación):

            GeneraciónAñoApodoFabricaciónMax. núcleos
            1ª Generación2008Nehalem45 nm4
            1ª Generación (Revisión)2010Westmere32 nm4
            2ª Generación2011Sandy Bridge32 nm4
            3ª Generación2012Ivy Bridge22 nm4
            4ª Generación2013Haswell22 nm4
            5ª Generación2014Broadwell14 nm4
            6ª Generación2015Skylake14 nm4
            7ª Generación2016Kaby Lake14 nm4
            8ª Generación2017Coffee Lake14 nm6
            9ª Generación2018Coffee Lake Refresh14 nm8
            10ª Generación2019Comet Lake14 nm10
            11ª Generación2020Rocket Lake14 nm8
            12ª Generación2021Alder Lake10 nm16
            13ª Generación2022Raptor Lake10 nm24
            14ª Generación2023Raptor Lake Refresh10 nm24
            15ª Generación2024Arrow Lake10 nm24
            Tabla 1: Generaciones y apodos de microprocesadores Intel

            Generaciones y apodos de microprocesadores AMD (tabla aproximada, puede haber alguna variación):

            GeneraciónAñoApodoFabricaciónMax. Núcleos
            1ª Generación2000Athlon1800 nm1-2
            2ª Generación2003Athlon 64130 nm1-2
            3ª Generación2007Phenom65 nm4
            4ª Generación2017Ryzen 5 160014 nm6
            5ª Generación2018Ryzen 7 2700X12 nm8
            6ª Generación2019Ryzen 9 3900X7 nm12
            7ª Generación2020Ryzen 9 5900X7 nm16
            8ª Generación2022Ryzen 9 7950X5 nm16
            9ª Generación2023Ryzen 9 7950X 3D5 nm16 (con V-Cache)
            Tabla 2: Generaciones y apodos de microprocesadores AMD

            3.7. Rendimiento real vs. especificaciones en microprocesadores

            Cuando se evalúa el rendimiento de un microprocesador, a menudo se observa el número de núcleos como el factor más importante. Sin embargo, este aspecto no siempre refleja el rendimiento real del procesador. Hay que considerar otros factores que pueden influir significativamente en cómo un procesador se comporta en la práctica.

            • Número de núcleos: Un mayor número de núcleos permite al procesador manejar más tareas simultáneamente, lo que puede mejorar el rendimiento en aplicaciones que se benefician del procesamiento paralelo, como la edición de video o la renderización 3D. Sin embargo, el simple hecho de tener más núcleos no garantiza un mejor rendimiento general.
            • Proceso de fabricación: El tamaño del proceso de fabricación (en nanómetros) indica la tecnología utilizada para fabricar el procesador. Un número menor de nanómetros suele significar transistores más pequeños y, por ende, una mayor densidad y eficiencia. Aunque un proceso de fabricación más avanzado puede contribuir a un mejor rendimiento y menor consumo energético, no es el único factor determinante.
            • Arquitectura del núcleo: La eficiencia de cada núcleo, determinada por la arquitectura del procesador, tiene un impacto significativo en el rendimiento. La arquitectura define cómo el procesador maneja las instrucciones y realiza el procesamiento. Mejoras en la arquitectura pueden aumentar el rendimiento incluso con el mismo número de núcleos.
            • Frecuencias de reloj: La frecuencia a la que opera un núcleo, medida en GHz, afecta la velocidad a la que puede procesar instrucciones. Procesadores con frecuencias más altas pueden realizar tareas más rápidamente, pero el impacto real también depende de otros factores como la arquitectura y el diseño del núcleo.
            • Diseño de la caché: La caché del procesador es una memoria rápida utilizada para almacenar datos e instrucciones que se usan con frecuencia. Un diseño eficiente de la caché puede reducir los tiempos de acceso a la memoria y mejorar el rendimiento general.

            4. Comunicación con el exterior: Cómo interactúan los microprocesadores con otros componentes

            Un microprocesador, por sí mismo, no proporciona ninguna funcionalidad, sino que, como se ha mostrado en la figura 1, necesita conectarse mediante los diferentes buses a la memoria y a los puertos de E/S. Por ejemplo, al abrir una aplicación en tu computadora, el procesador utiliza el bus de datos para recuperar información de la RAM y ejecuta las instrucciones necesarias para iniciar el programa.

            4.1. Memoria

            El número de registros de un microprocesador es muy limitado, por lo que es necesario añadir una memoria de tamaño suficiente que permita almacenar tanto el programa que se desee ejecutar como todos los datos que éste genere o necesite. En esta memoria, llamada memoria principal o RAM (Random Access Memory) se puede leer y escribir, pero su información desaparece cuando se apaga el dispositivo (memoria volátil). 

            4.2. Unidad de E/S

            La unidad de entrada/salida es la encargada de establecer la comunicación entre el usuario y la CPU. Para llevar a cabo este enlace se utilizan los periféricos.

            Los periféricos son dispositivos necesarios para comunicar el interior del ordenador con el mundo exterior. Algunos de los periféricos más importantes se pueden ver en la figura 5.

            Tipos de periféricos
            Figura 4. Tipos de periféricos

            4.3. Buses del sistema

            La comunicación de la CPU con el exterior se realiza mediante los buses del sistema. Tradicionalmente, podemos diferenciar los siguientes buses:

            • BSB (Back Side Bus): es la velocidad interna de funcionamiento del procesador.
            • FSB (Frontal Side Bus): es el bus que conecta el microprocesador con el puente norte, tal y como se puede ver en la siguiente figura: 
            Arquitectura con puente norte y sur
            Figura 5. Arquitectura con puente norte y sur

            En los diseños actuales se ha eliminado el puente norte. El resto de conexiones se lleva a cabo con un nuevo chip que reemplaza al puente sur denominado PCH (Platform Controller Hub) en Intel y FCH (Fusion Controller Hub) en AMD.

            Con respecto al FSB, también sufrió mejoras en cuanto a la velocidad de conexión y rendimiento. En el caso de Intel se sustituyó por QPI (Quick Path Interconnect) y en AMD por HyperTransport.

            Arquitectura microprocesador Intel
            Figura 6. Arquitectura microprocesador Intel

            5. Mejoras en la tecnología de los microprocesadores

            Gracias al avance de la tecnología, constantemente se incluyen mejoras en la fabricación de los microprocesadores. Los siguientes son algunos ejemplos de estas innovaciones recientes:

            5.1. Overclocking

            El overclocking es una técnica que consiste en configurar un componente para que funcione a una frecuencia superior a la establecida por el fabricante, con el objetivo de aumentar su rendimiento.

            En el caso de los microprocesadores, puede realizarse modificando parámetros como la frecuencia de funcionamiento y, en algunos casos, el voltaje. Estos ajustes pueden realizarse desde la BIOS/UEFI o mediante software específico, dependiendo del procesador y de la placa base.

            Al aumentar la frecuencia, el procesador puede mejorar su rendimiento, pero también puede aumentar el consumo energético y la temperatura. Por ello, es necesario disponer de una refrigeración adecuada y realizar pruebas de estabilidad.

            El overclocking no garantiza siempre una mejora proporcional del rendimiento y debe realizarse teniendo en cuenta las características y limitaciones del hardware.

            5.2. Undervolting

            El undervolting o undervolt consiste en reducir el voltaje de funcionamiento de un procesador respecto a los valores utilizados habitualmente, intentando mantener un rendimiento similar.

            Su objetivo principal es mejorar la eficiencia energética, reduciendo el consumo y la temperatura. Esto puede ser especialmente útil en ordenadores portátiles y equipos compactos.

            Entre sus principales ventajas se encuentran:

            • Menor consumo energético.
            • Menor temperatura.
            • Menor ruido de los ventiladores.
            • Mayor eficiencia y, en equipos portátiles, potencialmente mayor autonomía.

            Sin embargo, reducir demasiado el voltaje puede provocar inestabilidad, como errores, bloqueos o reinicios. Por ello, es necesario realizar pruebas de estabilidad después de aplicar los cambios.

            El undervolting no debe confundirse con el underclocking, que consiste en reducir la frecuencia de funcionamiento. Ambas técnicas también pueden combinarse con el overclocking para buscar un equilibrio entre rendimiento, consumo y temperatura.

            5.3. HyperThreading y Simultaneous Multithreading

            HyperThreading, desarrollado por Intel, y Simultaneous Multithreading (SMT), utilizado por AMD, son tecnologías que permiten que un núcleo físico gestione varios hilos de ejecución. Esto mejora el aprovechamiento de los recursos del procesador y puede aumentar el rendimiento en determinadas tareas.

            5.4. Tecnologías de gestión dinámica de frecuencia

            Turbo Boost de Intel y Precision Boost de AMD son tecnologías que modifican automáticamente la frecuencia de reloj del microprocesador según la carga de trabajo, la temperatura, el consumo y otros factores del sistema. Esto permite aumentar la velocidad de procesamiento cuando se necesita más rendimiento y reducirla cuando la carga es baja para ahorrar energía.

            5.5. Arquitectura de chips tridimensionales

            Las tecnologías de diseño y fabricación tridimensional permiten integrar componentes en varias capas o utilizar estructuras apiladas. Estas técnicas pueden aumentar la densidad de integración y mejorar la comunicación entre determinados componentes, aunque también plantean retos relacionados con la fabricación y la gestión térmica.

            5.6. Litografía de nanómetros

            La fabricación de microprocesadores utiliza procesos tecnológicos que permiten integrar transistores cada vez más pequeños en un chip. Los procesos de fabricación más avanzados pueden aumentar la densidad de transistores y mejorar la eficiencia energética, aunque el rendimiento de un procesador también depende de otros factores, como su arquitectura y diseño.

            6. Ejercicios propuestos

            6.1. Preguntas sobre microprocesadores

            Intenta resolver las siguientes preguntas sin mirar la solución:


            Pregunta 1: ¿Qué es un microprocesador y cuál es su importancia en un ordenador?
            Respuesta: Un microprocesador es un circuito integrado compuesto por millones de componentes electrónicos, principalmente transistores, montados en una placa de silicio. Es importante en un ordenador porque dirige y controla todas sus actividades.

            Pregunta 2: ¿Cuándo se introdujo el microprocesador y cómo ha evolucionado?
            Respuesta: El microprocesador se introdujo en la década de 1970 y ha evolucionado significativamente desde entonces, impulsando avances en áreas como computadoras personales, dispositivos móviles y automóviles.

            Pregunta 3: ¿Qué componentes básicos tiene un microprocesador?
            Respuesta: Un microprocesador contiene elementos como la Unidad de Control, la Unidad Aritmético-Lógica, la Unidad de Punto Flotante, la Unidad de Gestión de Memoria, registros y memoria caché.

            Pregunta 4: ¿Qué diferencia hay entre la arquitectura Von Neumann y la arquitectura Harvard?
            Respuesta: La arquitectura Von Neumann almacena programas y datos en la misma memoria, mientras que la arquitectura Harvard utiliza buses separados para datos e instrucciones.

            Pregunta 5: ¿Qué es la tecnología en nanómetros en los microprocesadores?
            Respuesta: La tecnología en nanómetros se refiere a la densidad de transistores en un área de silicio. Cuanto menor es el valor en nm, mayor es la densidad de transistores, lo que incrementa la capacidad de procesamiento y eficiencia energética del chip.

            Pregunta 6: ¿Qué es el overclocking y qué efecto tiene en el microprocesador?
            Respuesta: El overclocking es la práctica de aumentar la velocidad del reloj del microprocesador para mejorar su rendimiento. Puede generar más calor y requerir soluciones avanzadas de enfriamiento.

            Pregunta 7: ¿Qué es HyperThreading y cuál es su propósito?
            Respuesta: HyperThreading es una tecnología de Intel que permite que un microprocesador físico soporte múltiples hilos de ejecución, mejorando la eficiencia y permitiendo la ejecución simultánea de varios procesos.

            Pregunta 8: ¿Cómo interactúa un microprocesador con otros componentes del ordenador?
            Respuesta: Un microprocesador se conecta a otros componentes del ordenador a través de buses del sistema, que incluyen buses de datos, direcciones y control.

            Pregunta 9: ¿Qué es un zócalo o socket en el contexto de los microprocesadores?
            Respuesta: Un zócalo o socket es el componente en el que se inserta el microprocesador en una placa base, permitiendo su conexión y comunicación con otros componentes del ordenador.

            Pregunta 10: ¿Cuáles son los tipos de encapsulados más comunes para microprocesadores y qué características tiene cada uno?
            Respuesta: Los tipos de encapsulados más comunes son PGA (Pin Grid Array), donde el microprocesador tiene pequeños pines metálicos que encajan en el zócalo, BGA (Ball Grid Array), donde el microprocesador tiene bolitas que se sueldan directamente a la placa base, y LGA (Land Grid Array), donde los pines se encuentran en el socket. PGA es utilizado por AMD, BGA se usa en smartphones y portátiles debido a su tamaño reducido, y LGA es empleado por Intel y más recientemente por AMD.

            6.2. Test sobre microprocesadores

            6.3. Verificación de microprocesadores con CPU-Z

            1. Descarga la aplicación CPU-Z en Android o el programa CPU-Z para Windows.
            2. Haz una captura de pantalla de la información proporcionada por CPU-Z.
            3. Indica los siguientes datos:
              • Modelo del procesador
              • Número de núcleos y sus velocidades
              • Tecnología de fabricación en nanómetros
            4. Explica el significado de los siguientes términos:
              • Modelo del procesador: Nombre y tipo del procesador.
              • Número de núcleos: Cantidad de unidades de procesamiento en el procesador.
              • Velocidad de los núcleos: Frecuencia a la que operan los núcleos del procesador, medida en MHz o GHz.
              • Tecnología de fabricación en nanómetros: Tamaño de los transistores en el chip, medido en nanómetros (nm).
            5. Comprueba que los datos obtenidos coinciden con las especificaciones del fabricante. Para esto, consulta las especificaciones oficiales del procesador en el sitio web del fabricante o en fuentes confiables de información técnica.
            6. Comparte tus conclusiones sobre cualquier discrepancia encontrada entre los datos obtenidos de CPU-Z y las especificaciones del fabricante, explicando posibles razones para estas diferencias.

            A continuación, se muestra un ejemplo utilizando la captura de pantalla proporcionada:

            microprocesador cpu-z
            Figura 7: Captura CPU-z
            • Modelo del Procesador: Qualcomm Snapdragon 665
            • Número de Núcleos: 8 (CPU 0 – CPU 7)
            • Velocidad de los Núcleos:
            • CPU 0 – CPU 3: 940 MHz
            • CPU 4 – CPU 7: 2803 MHz
            • Tecnología de Fabricación: 11 nm

            6.4. Vídeo sobre la fabricación de microprocesadores

            Visualiza el vídeo y contesta si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones sobre la fabricación de microprocesadores: youtu.be/HWj9ku7gSSc​

            1. El silicio es semiconductor y según cómo sea tratado puede conducir o bloquear la corriente eléctrica.​
            2. La base de silicio de un microprocesador debe ser perfecta para poder incluir resistencias, potenciómetros y baterías.​
            3. Las obleas tienen una pureza del 99,99%.​
            4. El labrado es el proceso de pulido de las obleas.​
            5. Se hacen unos 1500 pasos diferentes para fabricar un microprocesador.​
            6. Uno de los objetivos principales es miniaturizar los componentes.​

            Respuestas: Verdadero, falso, verdadero, verdadero, verdadero, verdadero 

            6.5. Identificar datos de un microprocesador según su etiqueta

            Identifica la familia de procesadores, el número de generación, el número de modelo y los sufijos en los siguientes microprocesadores de Intel y AMD.

            1. Intel Core i9-11900K
            2. Intel Core i5-10400F
            3. AMD Ryzen 7 5800X
            4. AMD Ryzen 5 3400G
            5. Intel Core i7-8750H

            1) Intel Core i9-11900K

            • Familia de procesadores: Intel Core i9
            • Número de generación: 11 (undécima generación)
            • Número de modelo: 900
            • Sufijos: K (Desbloqueado para overclocking)

            2) Intel Core i5-10400F

            • Familia de procesadores: Intel Core i5
            • Número de generación: 10 (décima generación)
            • Número de modelo: 400
            • Sufijos: F (Requiere una GPU dedicada, sin gráficos integrados)

            3) AMD Ryzen 7 5800X

            • Familia de procesadores: AMD Ryzen 7
            • Número de generación: 5 (quinta generación)
            • Número de modelo: 800
            • Sufijos: X (Alto rendimiento)

            4) AMD Ryzen 5 3400G

            • Familia de procesadores: AMD Ryzen 5
            • Número de generación: 3 (tercera generación)
            • Número de modelo: 400
            • Sufijos: G (Gráficos integrados)

            5) Intel Core i7-8750H

            • Familia de procesadores: Intel Core i7
            • Número de generación: 8 (octava generación)
            • Número de modelo: 750
            • Sufijos: H (Alto rendimiento para portátiles)

            6.6. Investigación sobre modelos de microprocesadores Intel y AMD

            Realiza una tabla de los principales modelos de microprocesadores, de Intel y AMD, y su año de aparición. No olvides poner modelos recientes.

            Solución: Aunque hay más modelos de microprocesadores, los siguientes son los más destacados.

            FabricanteModeloAño de Aparición
            IntelPentium1993
            IntelPentium Pro1995
            IntelPentium MMX1996
            IntelPentium II1997
            AMDK61997
            IntelCeleron1998
            AMDAthlon1999
            IntelPentium III1999
            IntelPentium 42000
            AMDAthlon 642003
            IntelCore 2 Duo2006
            AMDPhenom2007
            IntelCore i7 (1ª Gen)2008
            IntelCore i7 (2ª Gen)2011
            IntelCore i7 (4ª Gen)2013
            IntelCore i7 (8ª Gen)2017
            AMDRyzen 5 16002017
            AMDRyzen 7 2700X2018
            IntelCore i9 (9ª Gen)2018
            AMDRyzen 9 3900X2019
            AMDRyzen 9 5900X2020
            IntelCore i9 (13ª Gen)2023
            AMDRyzen 9 7950X2022
            AMDRyzen 9 7950X 3D2023
            Tabla 3. Principales modelos microprocesadores a lo largo del tiempo

            Navegación de entradas

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            Sistemas de refrigeración del ordenador →

            Curso de hardware

            • 1. Representación y comunicación de la información
            • 2. Funcionamiento de un ordenador
              • 2.1. Electricidad y Ley de Ohm
              • 2.2. Unidades de medida en informática
            • 3. Placa base del ordenador
              • 3.1. Medición de parámetros eléctricos con el multímetro
              • 3.2. Fuente de alimentación: elementos, tensiones y mediciones
            • 4. Microprocesadores. Tipos
              • 4.1. Sistemas de refrigeración
            • 5. Memoria interna de la computadora
              • 5.1. Puertas lógicas
            • 6. Sistemas de almacenamiento
              • 6.1. Conectores de almacenamiento
            • 7. Tarjetas de expansión
            • 8. Dispositivos periféricos de entrada/salida
              • 8.1. Ordenadores y residuos electrónicos: impacto ambiental
            • 9. USB: Conectores, versiones y estándares
              • 9.1. Conectores de audio y video
              • 9.2. Conectores redes cableadas e inalámbricas
            • 10. Montaje de un ordenador de sobremesa: Pasos a seguir
              • 10.1. Normas para el montaje y mantenimiento de equipos informáticos
              • 10.2. Ergonomía y prevención de riesgos
            • 11. Sistemas Operativos: Instalación, recuperación y virtualización
            • 12. Reparación y mantenimiento de ordenadores
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