COMPONENTES DE CPU

Los componentes que pertenecen al área de procesamiento se sitúan sobre la placa madre ( también denominada placa principal ) de la computadora. Se usa el termino placa madre debido a que todos los demás grupos de componentes y dispositivos periféricos son controlados a través de la misma.
Con la excepción de los puertos de entrada y salida de datos y el dispositivo de almacenamiento masivo, que de hecho son periférico, la placa madre constituye la computadora en sí.
Actúa como el componente central de todo sistema. La placa principal determina la categoría a la cual pertenece el sistema en términos generales (que depende de las condiciones). Trataremos las clases o categorías mas adelante. El procesamiento o el tratamiento de los datos tiene lugar siempre sobre la placa madre.
Si la computadora se encuentra dentro de una carcasa de sobremesa, la placa madre esta adosada al fondo de la misma. Sin embargo, las carcasas y minitorre se hacen cada vez más populares. En estas carcasas verticales, la placa principal se encuentra adosada de forma vertical a un lateral.
Las dimensiones de placa madre (es decir, su tamaño, la ubicación de los orificios de montaje, etc.) pueden variar según el fabricante. Algunas placas madres proceden de fabricantes de marca y otros provienen de suministros poco conocidos que proporcionan placas sin marca. La mayoría de las placas sin marca tienen las mismas dimensiones y por eso siempre encajan en el mismo lugar.
No obstante, los fabricantes de marca no quieren que los demás sustituyan sus placas originales por otras, y por eso encontramos que frecuentemente las conexiones se colocan de forma especial (por ejemplo las de una red) para que solo se puedan utilizar las de la casa que suministro la computadora.
Una de las ventajas de las computadoras clónicas (sin marca conocida) es que en las mismas suelen ser más fácil intercambiar o agregar componentes de mayor capacidad y rendimiento. Al algunos fabricantes, tales como Zenith y Tandon, han vuelto a descubrir un viejo procedimiento: tratar la placa principal como si fuese una tarjeta de expansión. Así el fondo de la carcasa contiene únicamente el bus y varias ranuras de expansión.
Al igual de otras tarjetas de expansión, este tipo de placa madre se conecta a una de estas ranuras. La ventaja de esta configuración es la de reemplazar fácilmente la placa principal con otra mas potente. Sin embargo hay que usar la misma marca. Por desgracia, esto significa que acaba dependiendo de los últimos avances tecnológicos de un fabricante en concreto y de sus niveles de precios.
Las placas principales modernas normalmente consisten en un material no conductor que es insensible al calor (Pertinax). Se puede imaginar este tipo de construcción como una serie de capas de circuitos impresos. La corriente fluye a través de líneas conductoras sobre cada capa. Estas líneas están conectadas a los chips y a otros componentes ubicados en la superficie de la placa. Estas líneas o circuitos pueden apreciarse a simple vista sobre la placa madre.
Comentaremos sobre estos componentes y otros de la placa madre más adelante en los siguientes temas. No todos los componentes pueden intercambiarse por otros, ni siquiera por componentes más potentes.
EL PROCESADOR (CPU).
El chip más importante de cualquier placa madre es el procesador. Sin el la computadora no podría funcionar. A menudo este componente se determina CPU, que describe a la perfección su papel dentro del sistema. El procesador es realmente el elemento central del proceso de procesamiento de datos.
El CPU gestiona cada paso en el proceso de los datos. Actúa como el conductor de supervisión de los componentes de hardware del sistema. Esta unidad directa o indirectamente con todos los demás componentes de la placa principal. Por lo tanto, muchos grupos de componentes reciben ordenes y son activados de forma directa por la CPU.
El procesador esta equipado con buses de direcciones, de datos y de control, que le permiten llevar acabo sus tareas. Estos sistemas de buses están configurados de forma distinta según sea la categoría del procesador, lo que analizaremos más adelante. Durante el desarrollo de las PC, la arquitectura a lo que podríamos llamar unidades funcionales internas de los procesadores, han evolucionado drásticamente. Sea incorporado cada vez mayor número de transistores y circuitos integrados dentro de un espacio sumamente reducido, con objeto de satisfacer las demandas cada vez más exigentes de mayores prestaciones.
El procesador para computadoras personales más avanzados que se dispone en el mercado es el Intel 80486. Este procesador esta ubicado sobre una placa de cerámica de aproximadamente 20 cm² y con un espesor de apenas 2 ó 3 centímetros, más de 1.2 millones de transistores, la CPU, el coprocesador matemático y adicionalmente 8kb de memoria caché. Más adelante nos referimos a estos componentes en detalle.
La configuración y la capacidad del procesador son los factores que determinan el rendimiento general de la computadora personal. El chip del procesador define en que categoría debe incluirse en cada computadora.
Los otros componentes de la placa madre han evolucionado junto con el procesador en sí. Estos componentes han sido adaptados según se ha ido presentado los cambios efectuados en las características del procesador, al igual que la utilización de un nuevo tipo de motor conlleva cambios en otras partes de un automóvil.
Para entender la información ofrecida en este tema, primero hay que saber como ha cambiado el procesador a lo largo de los años. Así, comentaremos brevemente sobre la istoria de las computadoras personales y la evolución de los microprocesadores.
EL COPROCESADOR.
El termino completo es ¨coprocesador matematico¨, con este nombre se puede deducir que no se trata de un elemento central, si no de un asistente. Un coprocesador matemático aumenta la velocidad de una computadora, ocupándose de algunas de las tareas de la CPU. No obstante el coprocesador no es un componente indispensable en una maquina. Se puede instalar un coprocesador en la placa madre, siempre y cuando esta disponga de la ranura correspondiente.
Puesto que lo que hace la CPU no es otra cosa de cálculos, el lector podría estar preguntándose porque necesita ayuda para realizarlos. Lo que ocurre es que la CPU solo puede llevar a cabo operaciones aritméticas básicas con números enteros.
La CPU tiene problemas para procesar operaciones con valores fraccionarios puesto que no son números enteros. Así la CPU requiere bastante tiempo para resolverlas. Siempre deban realizar muchos cálculos complejos (por ejemplo, al calcular funciones tangentes, exponenciales y raíces) puede disminuir su velocidad considerablemente, debido especialmente a la unidad de procesamiento tiene que ejecutar también otras tareas simultáneamente.
Especialmente en aquellas operaciones en las cuales se trabaja con fracciones y cifras muy complicadas en cuestiones aritméticas de coma flotante, el coprocesador muestra su idoneidad. En aquellos campos de aplicación donde se requieren muchas posiciones decimales y los errores de redondeo deben de mantenerse tan insignificantes como sea posible, resulta imprescindible la utilización de un coprocesador.
Un coprocesador puede ser extremadamente útil para realizar este tipo de cálculos. Normalmente, las aplicaciones científicas y técnicas requieren un coprocesador matemático. No obstante, para utilizar un coprocesador los programas deben estar específicamente diseñados para ello. De nuevo el paquete de software que vaya usted a utilizar constituye el factor decisivo que determinara si su sistema debe estar equipado con un coprocesador. Algunos paquetes de programas modernos de CAD/CAM, como AutoCAD, requieren un coprocesador.
Un coprocesador es también útil para utilizar gráficos vectoriales. Sin embargo, no aumenta el rendimiento de las aplicaciones que utilizan gráficas de puntos.
Los coprocesadores de estos fabricantes pueden utilizarse sin ningún problema. Son totalmente compatibles con los coprocesadores de Intel, en ocasiones son mas rápidos y precisos y siempre más económicos. Aunque la denominación del modelo utilizado por los distintos fabricantes para cada generación de procesadores varía, es fácil determinar para cada línea de CPU se ha diseñado un coprocesador dado.
Los coprocesadores para computadoras 286, al contrario que los coprocesadores de las demás familias de los procesadores, operan a solo 2/3 de la capacidad de la frecuencia de reloj del sistema. Esto significa que, para una computadora 286 de 16 MHz, podría realmente utilizar un coprocesador diseñado para operar a 12 MHz. Por parte de Intel ya se ofertan coprocesadores cuyo margen de frecuencia va de 6 a 20 MHz. Puesto que la frecuencia del procesador es solo 2/3 de la frecuencia real del sistema, solo hay un pequeño aumento en el rendimiento cuando se añade un coprocesador a una CPU 286. Habría un mayor aumento en el rendimiento con un sistema 386 porque este sistema utiliza un coprocesador que funciona a la velocidad real del sistema.
Tal como mencionamos, el coprocesador para el 486 ya esta construido en el chip de procesador. Como resultado, ya no es necesario que los dos procesadores se comuniquen mediante un externo.
EL SISTEMA DE BUS.
El bus es algo así como el correo de una computadora. Asume todas las tareas relacionadas con la comunicación que van dirigidas a la placa principal,desde el envío de paquetes de datos hasta la puesta a punto y supervisión de números telefónicos, pasando por la devolución de información cuando el receptor esta ausente o se retrasa.
El bus vincula la CPU con la placa madre o con las tarjetas de expansión. A través de el se reproducen caracteres en el monitor o se escriben informaciones procedentes de un escáner directamente en la memoria de trabajo, esquivando la CPU.
El bus puede, por ejemplo, abastecer una tarjeta de audio con datos en forma de música desde la memoria de trabajo, liberando al procesador de esa tarea. Asimismo se encarga de interrumpir sus operaciones si el sistema registra algún error, ya sea que un sector de la memoria no pueda leerse correctamente o que la impresora, que como no también opera bajo su dirección, se haya quedado sin papel. En pocas palabras, el bus es el elemento responsable de la correcta interacción entre los diferentes componentes de la computadora. Es, por tanto, su dispositivo central de comunicación.
Resulta obvio, pues, que un dispositivo tan importante y complejo puede ejercer una influencia decisiva sobre el desarrollo de los procesos informativos. Es también evidente que de la capacidad operativa del bus dependerá en buena medida el rendimiento general de la maquina. Por todo ello, hemos decidido abordar este tema con mas detenimiento.
LAS RANURAS DE EXPANSION.
Las ranuras de expansión de puede decir que son los enchufes madre del sistema del Bus. A través de ellas, el Bus tiene acceso a tarjetas de expansion como el adaptador gráfico o el controlador del disco duro.
No es precios que abarquen todos los conductos del Bus. Así, a menudo vemos como sobre la placa madre de una CPU de 32 bits hay ranuras para conductos de datos de solo 8 o 16 bits. Estas ranuras, también llamadas Slots, se encuentran en la parte trasera izquierda de la placa madre.
Se trata de las ranuras alargadas y negras en las que, probablemente, ya se encuentren encajadas algunas tarjetas. Las pequeñas, compuestas de un solo elemento, son las ranuras de 8 bits y las largas, divididas en dos partes, son las de 16. A veces puede advertirse también una ranura adicional especialmente larga o curvada. Esta recibe las tarjetas de expansión de memoria, que, en las placas madre del 386 o del 486 suelen disponer de un Bus de 32 bits. A continuación vamos a describir con detalle lops diferentes sistemas de Bus de expansión.
EL BUS ISA.
Las siglas ISA hacen referencia a la (I)nduistrial (S)tandart (A)rchitecture (Arquitecutra Industrial Estandarizada). Cuando en la actualidad se habla de estándares industriales o del bus ISA se suele hacer pensando en el Bus AT de 16 bits. Este preconcepto no es, de todos modos, absolutamente adecuado pues la denominación ya se empleaba en los tiempos del XT de IBM y por razones muy validas.
Las ranuras de expansión uniformes del XT fueron unas de las razones fundamentales para la enorme difusión de este tipo de computadoras y la de sus sucesores. Las mismas representan de la forma más clara el concepto de la arquitectura abierta de las computadoras, la cual, a través de la incorporación de tarjetas de expansión de todo tipo, capacita a la computadora para realizar cualquier clase de tarea, sobre todo las relacionadas con entornos industriales. Las ranuras del XT incluían, junto al Bus de direcciones de 20 bits, un solo Bus de datos de 8 bits. Su capacidad operativa era, por tanto, y desde una perspectiva actual bastante limitada.
EL BUS EISA.
Las siglas EISA corresponden a la (E)nhanced (I)ndustrial (S)tandart (A)rchitecture, que vendría a ser algo así como la arquitectura industrial estandarizada y ampliada. En la practica el Bus EISA no es sino una prolongación del Bus AT, desarrollada por los fabricantes de computadoras mas importantes del mundo ( a excepción de IBM) a fin de enfrentar los cada vez más importantes retos planteados por los procesadores de 32 bits. El BUS EISA es un Bus de 32 bits autentico. Esto significa que los 32 conductos de datos de su CPU están disponibles en el slot de expansión correspondiente.
El índice notablemente superior de transmisión de datos no es la única ventaja que lo caracteriza frente al BUS ISA. Hay un rasgo mucho más importante y habitualmente menos tomado en cuenta que lo define: la capacidad multiusuario. Esta posibilita el acceso común de varios procesadores a un mismo Bus, con lo cual problemas como la configuración de un computadora en paralelo a través de tarjetas de CPU, tendrían fácil solución.
EL BUS MCA.
El bus MCA o MICROCHANNEL, como se le suele denominar, no es en realidad un bus, sino una especie de sistema de canalización, en el cual los datos no son transmitidos al receptor correspondiente mediante un código simple de direccionamiento, sino que, prácticamente, tienen que ser recogidos por él. Para ello, previamente se informa al receptor (que puede ser, por ejemplo, la tarjeta gráfica) sobre el punto en el que se encuentran los datos y se le da acceso a un canal, por el cual pueden ser transportados.
Este proceso tiene lugar sin la participación de la CPU. El MICROCHANNEL, que fue desarrollado por IBM para su línea de equipos PS/2, alcanza, con esta metodología un índice de rendimiento nada despreciable. La cota de transmisión de datos puede llegar a los 20 MB/s y además el procesador, también mejora su ritmo operativo.
Sin embargo, este sistema no ha conseguido implantarse fuera de la generación IBM PS/2 para la que fue diseñado. La razón de ello no es otra que su total incompatibilidad con las demás tarjetas existentes. Por consiguiente, si desea instalar una placa MICROCHANNEL tendrá que descartar los componentes del sistema que ya disponía y adquirir los que se corresponden con ella. Y todo esto a un precio superior al que usted estaba acostumbrado.
MODULOS SIP Y SIMM.
Los módulos SIP y SIMM se crearon como resultado de las aplicaciones de la computadora que continuamente necesitaban mas memoria. Cada módulo corresponde a una hilera completa de chips de memoria. Dado que el espacio que ocupan estos módulos es considerablemente más pequeño que el que utilizan las tomas convencionales DRAM, se puede instalar mas memoria en la placa principal.
Estos módulos están disponibles en grupos de nueve chips y de tres chips; la ordenación de tres chips parece ser la que tiene mas aceptación. Sin embargo, no todas las placas principales son compatibles con esta tecnología. Si la placa no es compatible con el modulo de tres chips, es posible que surjan problemas de memoria o incluso mensajes de errores de paridad "Parity error", que indican que la placa no soporta los módulos. Estos módulos de memoria están disponibles en capacidades de 256k, 1 MB y 4 MB.
LOS BANCOS DE MEMORIA.
Sea cual sea el tipo de elementos de memoria que se utiliza, la memoria situada en la placa principal de una PC se ha organizado en dos bancos de memoria desde la generación de la PC 286. El primero se denomina "Banco 0" y el segundo "Banco 1".
Dado que, por lo general, es posible instalar diferentes tipos de chips de memoria, la capacidad de un banco de memoria depende del tipo de chips que utilice. Por esta razón, las placas 286 mas antiguas pueden alcanzar dos valores máximos, de 1 o de 4 MB de RAM, dependiendo de si se utilizan chips de 256 kilobits o chips de 1 megabit.
Las placas principales de las PC de alta velocidad 386 y 486 contienen casi siempre SIMM. Cuando se utilizan módulos de 4 MB, se pueden alcanzar capacidades de memoria de 32 MB "en la placa". Esto es posible porque un banco de memoria, por regla general, incluye cuatro tomas o zócalos, por lo tanto, un total de ocho tomas pueden recibir SIMM. Algunas placas contienen incluso 16 tomas de este tipo, por lo cual se puede instalar hasta un máximo de 64 MB de RAM en la placa.
COMBINACION DE DISTINTOS CHIPS DE MEMORIA.
Dentro de un mismo banco de memoria, solo se deben utilizar chips de memoria de igual capacidad. Sin embargo, se permite el uso de chips con distintos tiempos de acceso. Los accesos a memoria se comportar n simplemente con referencia al chip mas débil del sistema. Aunque dentro de un banco de memoria se pueden mezclar chips de distintos fabricantes, en ocasiones esto pudiera traer problemas.
No siempre est permitido utilizar chips con diferentes capacidades entre los bancos de memoria de una placa principal. Para mayor información, diríjase a los documentos que se incluyen en su placa principal.
MEMORIA EXTENDIDA Y EXPANDIDA.
Mediante la ampliación del bus de direcciones, primero a 24 y después a 32 conductos, se consiguió aumentar la franja de memoria direccionable. Así se creó la "memoria extendida", no utilizable por el DOS y no apta para el almacenamiento de programas. De todos modos, el DOS, a partir de su versión 4.01, incluye algunos controladores que aportan cierta utilidad a este tipo de memoria. gracias a ellos y al VDISK.SYS, puede instalarse un disco virtual en la memoria extendida.
Cabe también la posibilidad de instalar en la memoria extendida dispositivos de control del disco duro o de la impresora. Pero esta forma tan práctica de liberar de tareas a la memoria de trabajo no impedir que en la pantalla del usuario del DOS aparezca el mensaje de "insuficient memory" (memoria insuficiente). Unicamente ciertos productos muy selectos de software, entre ellos el LOTUS 123 versión 2.2, consiguen utilizar la memoria extendida.
La conveniencia de dicha ampliación depende, en primera instancia, del tipo de computadora que se posea. Ampliar un 286, por ejemplo, a mas de 2 MB de RAM nos parece poco razonable. En este caso, le convendría mas la compra de un 386, o , por lo menos, de un 386SX.
Esta operación la reportar mas ventajas en cuanto al manejo de memoria. Por otra parte, la ampliación de la memoria de un 386 o de un 486 que se opere bajo el Windows resulta siempre ventajosa, ya que se agiliza su administración. Lo ideal en estos casos son 8 MB. Si usted únicamente trabaja con el DOS y sus aplicaciones, una ampliación de memoria no tendría mucho sentido. Contrariamente, si lo que utiliza es el OS/2, cualquier ampliación será bienvenida, pues cuanto mayor sea el volumen de RAM, mas rápido ser el funcionamiento del software.
LA MEMORIA CACHE.
Desde la aparición en el mercado de procesadores con frecuencia de reloj de 25 o incluso 33 MHz o mas, una memoria de trabajo constituida por RAM dinámica ya no esta preparada para satisfacer las exigencias de la CPU en términos de tiempo de acceso.
En principio, la memoria de trabajo debería poder ser sustituida completamente por componentes estáticos de RAM que permitiesen intervalos de acceso bastante mas breves. Pero esto seria demasiado caro. Por eso, en los casos en relación a equipos 386 y 486 de altas frecuencias, se ha recurrido a un método que ya se utilizaba en las gigantescas computadoras de los años setenta: la instalación de una RAM cache externa. "Externa" quiere decir, en este contexto, que se sitúa fuera de la CPU, en su entorno y unida a ella por el sistema bus.
En los 486, la memoria caché‚ que estamos describiendo recibe también el nombre de "caché‚ de segundo nivel", se ubica físicamente sobre la placa madre y consta de una serie de componentes est ticos de RAM con una capacidad de 64 o 256 kilobits.
Así pues, con este procedimiento pueden obtenerse cachés de 64 o 256 kilobytes, tamaño bastante inferior al de la memoria de trabajo. La vigilancia de la memoria caché corre a cargo del controlador caché 82385 de Intel.
LOS CHIPS DE LA PLACA MADRE.
Acercándose ya al fin de esta descripción de los componentes involucrados en tareas de procesamiento, vamos a abordar el ultimo grupo de elementos situado regularmente sobre la placa madre.
Se trata del juego de chips, que es un grupo de circuitos integrados con un elevado grado de armonización interna que actúa, por así decirlo, como auxiliar de la CPU en las tareas de dirección y control de la computadora. Estos componentes ayudan al procesador a organizar, entre otras cosas, el acceso a la memoria de trabajo y al bus de datos o direcciones.
Otras tarjetas gráficas con las mismas especificaciones técnicas, funcionan, no obstante, sin tacha. queremos dejar claro en este punto que las incompatibilidades entre componentes de hardware asociadas a determinados juegos de chips y placas madre son fenómenos frecuentes.
En este apartado nos gustaría detenernos especialmente en el llamado juego de chips NEAT, que suele encontrarse en las placas de las computadoras 286 y 386SX. Las siglas NEAT significan "New Enhanced Advanced Tecnology" y vienen a referirse al nuevo AT ampliado, tomando la denominación AT como sinónimo de computadora con bus de 16 bits.
Este procedimiento conocido como "Page Interleavin" es empleado también por otros fabricantes de chips NEAT, como, por ejemplo, OPTI. Pero la configuración correcta del CMOS en estos chips es realmente compleja. Si usted desconoce lo que se esconde detrás de cada opción configurativa, ser mejor que siga utilizando los valores preconfigurados. Otros tipos de chips diferentes de los NEAT también pueden ser objeto de manipulación a través de setups del CMOS especializados o ampliados. En el capitulo 8 mencionamos, en referencia a un AMI-BIOS, todas las posibles configuraciones. por regla general, los juegos de chips de placas nuevas suelen salir de fabrica con una configuración óptima para su uso estándar y no tienen porque ser modificados.