Componentes Físicos Y Internos de las Computadoras
Unidad Central de Procesamiento (CPU)
La CPU de una computadora contiene la inteligencia
de la máquina; es donde se realizan los cálculos y las decisiones. El complejo
procedimiento que transforma datos nuevos de entrada en información útil de
salida se llama procesamiento. Para llevar a cabo esta transformación,
la computadora usa dos componentes: el procesador y la memoria. El procesador
es el cerebro de la computadora, la parte que interpreta y ejecuta las
instrucciones. El procesador casi siempre se compone de varios circuitos
integrados o chips, estos estan insertados en tarjetas de circuitos,
módulos rígidos rectangulares con circuitos que los unen a otros chips y a
otras tarjetas de circuitos.
Memoria
La CPU utiliza la memoria de la computadora para
guardar información. Esta memoria se llama memoria de acceso aleatorio (RAM).
Esta puede guardar información por tiempo indefinido, la RAM almacena información solo
mientras la computadora está encendida. Entre más RAM tenga una computadora,
más cosas puede hacer, ya que la cantidad de memoria en una computadora afecta
sus capacidades. La unidad más común para medir la memoria de una computadora
es el byte. Un byte se puede describir como la cantidad de memoria que
se necesita para guardar un solo caracter. Cuando se habla de memoria los
números casi siempre son tan grandes que se usa el término kilobyte y
megabyte.
Entrada y Salida
Comprende todas las maneras en
que una computadora se comunica con los usuarios y con otras máquinas o
dispositivos. Los dispositivos de entrada aceptan datos e instrucciones
del usuario. Los dispositivos de salida regresan datos procesados. El
dispositivo de entrada más común es el teclado, acepta letras, números y
comando del usuario; el ratón permite dibujar en la pantalla y ejecutar
comandos al apuntar con el cursor y oprimir sus botones. Otros dispositivos de
entrada son la bola de ratón estacionario (trackball), las palancas
de juegos (joysticks), y los digitalizadores o rastreadores (scanners). Los
dispositivos de salida son la pantalla de exhibición, conocida como monitor
y la impresora.
Almacenamiento
El medio de almacenamiento mas
común es el disco magnético. El disco es un objeto redondo y plano que
gira alrededor de su centro. Las cabezas de lectura/escritura, son
similares a las cabezas de una grabadora o una videorreproductora, flotan por
encima o por debajo de la superficie del disco. El dispositivo que contiene al
disco se llama unidad de disco(drive). Un disco duro, puede guardar
muchos mas datos que un disco flexible y por eso se usa el disco duro como el
archivero principal de la computadora. Los discos flexibles se usan para cargar
programas nuevos o datos al disco duro. Una computadora puede leer y escribir
información en un disco duro mucho más rápido que en un disco flexible.
COMPONENTES DEL COMPUTADOR
Hardware: Es el conjunto de componentes físicos que conforman el
computador. Los computadores convencionales, también llamadas máquinas de
Von Neumann tienen tres principales componentes: Memoria principal, Unidad
Central de proceso (CPU- Central Processing Unit y Dispositivos periféricos).
Memoria
Principal: se encarga de almacenar temporalmente los programas y los
datos necesarios
para que un determinado programa pueda ser ejecutado. Está constituida por un
conjunto de celdas (palabras) cada una de las cuales puede almacenar una
porción de información. El tamaño de una palabra depende de la arquitectura del
computador, existiendo palabras de 8, 16, 32 ó 64 bit. Un bit es la mínima
información almacenable en un dígito binario (0 ó 1) A la agrupación de 8 bit,
se le denomina byte. La capacidad de la memoria principal de un computador
(Random Access Memory o RAM) se mide en Mb (1Megabyte = 1024 X 1024 Bytes)
siendo tamaños comunes actualmente 64 Mb, 128 Mb, 256 Mb ó 1Gb (1024 Mb).
Unidad
Central de Proceso: Encargada de realizar
los cálculos y transformaciones en los datos, además de coordinar, controlar y/o realizar todas
las operaciones del sistema. Cada CPU esta formado por dos componentes
principales.
Unidad de Control: Controla los componentes del computador para realizar las
operaciones necesarias y ejecutar las instrucciones.
Unidad
Aritmético-Lógica: Realiza todos los cálculos (suma, resta, multiplicación y
división) y todas las operaciones lógicas (comparaciones numéricas o
alfabéticas) sobre los datos
Dispositivos
Periféricos: Son
componentes físicos capaces de comunicar información entre el usuario y el computador. Los dispositivos periféricos pueden
ser clasificados como: De entrada. Sólo permite la comunicación del usuario con el
computador. Entre ellos se tienen.
Impresora: Dispositivo que permite imprimir
información almacenada en el computador. Sus
principales características son su tipo
(de tinta, láser, térmica, impacto) y su velocidad (cantidad de caracteres o
páginas por minuto de impresión).
Una impresora es un periférico
de computadora que permite producir una copia permanente de textos o gráficos
de documentos almacenados en formato electrónico, imprimiendo en papel de
lustre los datos en medios físicos, normalmente en papel o
transparencias, utilizando cartuchos de tinta o tecnología láser. Muchas
impresoras son usadas como periféricos, y están permanentemente unidas a la
computadora por un cable. Otras impresoras, llamadas impresoras de red, tienen
una interfaz de red interna (típicamente wireless o Ethernet), y que puede
servir como un dispositivo para imprimir en papel algún documento para cualquier
usuario de la red. Hoy en día se comercializan impresoras multifuncionales que
aparte de sus funciones de impresora funcionan simultáneamente como
fotocopiadora y escáner, siendo éste tipo de impresoras las más recurrentes en
el mercado.
Historia
Las primeras computadoras se comunicaban con el operador mediante unas pequeñas luces, que se encendían o se apagaban al acceder a determinadas posiciones de memoria o ejecutar ciertas instrucciones.
Años más tarde aparecieron ordenadores que funcionaban con tarjeta perforada, que permitían introducir programas en el computador. Durante los años 60, la forma más común de interactuar con un computador era mediante un teletipo, que se conectaba directamente a este e imprimía todos los datos de una sesión informática. Fue la forma más barata de visualizar los resultados hasta la década de los 70, cuando empezaron a aparecer los primeros monitores de CRT (tubo de rayos catódicos). Seguían el estándar MDA (Monochrome Display Adapter), y eran monitores monocromáticos (de un solo color) de IBM.
Estaban expresamente diseñados para modo texto y soportaban subrayado, negrita, cursiva, normal e invisibilidad para textos. Poco después y en el mismo año salieron los monitores CGA (Color Graphics Adapter - gráficos adaptados a color) fueron comercializados en 1981 al desarrollarse la primera tarjeta gráfica a partir del estándar CGA de IBM. Al comercializarse a la vez que los MDA los usuarios de PC optaban por comprar el monitor monocromático por su costo.
Tres años más tarde surgió el monitor EGA (Enhanced Graphics Adapter - adaptador de gráficos mejorados) estándar desarrollado por IBM para la visualización de gráficos, este monitor aportaba más colores (16) y una mayor resolución. En 1987 surgió el estándar VGA (Video Graphics Array - Matriz gráfica de vídeo) fue un estándar muy acogido y dos años más tarde se mejoró y rediseñó para solucionar ciertos problemas que surgieron, desarrollando así SVGA (Super VGA), que también aumentaba colores y resoluciones, para este nuevo estándar se desarrollaron tarjetas gráficas de fabricantes hasta el día de hoy conocidos como S3 Graphics, NVIDIA o ATI entre otros.
El monitor
o P
, es un dispositivo de salida que, mediante una interfaz, muestra los resultados, o los gráficos del procesamiento de una computadora. Existen varios tipos de monitores: los de tubo de rayos catódicos (o CRT), los de pantalla de plasma (PDP), los de pantalla de cristal líquido (o LCD), de paneles de diodos orgánicos de emisión de luz (OLED), o Láser-TV, entre otros.
Teclado de computadora
Un teclado de computadora es un periférico, físico o virtual (por ejemplo teclados en pantalla o teclados táctiles), utilizado para la introducción de órdenes y datos en una computadora. Tiene su origen en los teletipos y las máquinas de escribir eléctricas, que se utilizaron como los teclados de los primeros ordenadores y dispositivos de almacenamiento (grabadoras de cinta de papel y tarjetas perforadas). Aunque físicamente hay una mirada de formas, se suelen clasificar principalmente por la distribución de teclado de su zona alfanumérica, pues salvo casos muy especiales es común a todos los dispositivos y fabricantes (incluso para teclados árabes y japoneses).
Las funciones del teclado se clasifican por sus teclas:
– Teclado alfanumérico: letras y números
– Teclas de puntuación: coma, punto,
punto y coma, etc.
– Teclas especiales: teclas de
funciones, teclas de control, teclas de flecha, teclas de mayúscula, etc.
A continuación detallaré las funciones del teclado mediante una
figura:
Teclas de función: Una de las funciones del teclado reside
en las teclas de función, ya que estas son teclas programables y sirven para
que algunos programas respondan a determinadas acciones.
La función de cada una de estas teclas está determinada por el sistema
operativo o la aplicación en la que se esté ejecutando.
A continuación detallaré las funciones del teclado en cuanto a las
teclas de función:
- F1: Abrir el menú de Ayuda
- F2: Cambiar el nombre de un
archivo
- F3: Abrir el buscador de
Windows
- F4: Desplegar la barra de
direcciones del Explorador
- F5: Actualizar la ventana
del Explorador
- F6: Desplazarse entre los
elementos de una ventana
- F10: Seleccionar los menús
de la barra superior
- F11: Poner la ventana en
modo de pantalla completa
Teclado numérico: Una de las funciones del teclado es
optimizar, mejorar y facilitar el trabajo del usuario, es por eso que además
del teclado alfanumérico básico, al costado derecho se encuentra ubicado un
teclado numérico que está compuesto por números, símbolos de operaciones
matemáticas, la tecla Intro y las teclas de edición.
Panel indicador:
Dicho panel indica a través de las luces si están activados el bloque numérico
y la tecla de bloqueo mayúscula.
Teclas especiales:
Dichas teclas son las que se encuentran situadas a la derecha e izquierda del
teclado alfanumérico.
A continuación detallaré una por una las funciones del teclado en
cuanto a las teclas especiales:
- Esc
(escape): Se utiliza para anular alguna operación.
- Tab
(tabulador): Dicha tecla se encarga de insertar un conjunto de espacios en
blanco en la posición en la que se encuentra el cursor.
- Bloq
Mayús o Caps Lock (bloqueo de mayúsculas): Una vez pulsada esta tecla las
letras mayúsculas son activadas. Se enciende una luz indicadora en el
panel indicador del teclado.
- Backspace
(retroceso): Permite borrar los caracteres escritor que se encuentran a la
izquierda del cursor.
- Enter o
Intro: Dicha tecla le indica a la computadora que ejecute una orden.
El resto de las teclas especiales no tienen
ningún efecto si se pulsan solas. Para que lleven a cabo alguna acción es
necesario mantener pulsada la tecla especial y la tecla de combinación, al
soltarlas el efecto de esta combinación se llevará a cabo.
Las teclas de combinación pueden ser: Shift, Ctrl (control), Alt y Alt Gr.
Teclas de
cursor: Las teclas de cursor o cursor keys están ubicadas entre el
teclado alfanumérico y el teclado numérico. Dichas teclas permiten mover el
cursor en la pantalla, seleccionar textos, movilizar personajes en los juego de
computadora, etc.
Teclado
alfanumérico: Dicho teclado es el más utilizado, ya que en él se
encuentran números, letras, símbolos y signos de puntuación. Las teclas de esta
zona del teclado se encuentran distribuidas en cinco filas:
- Superior: Contiene números
y símbolos
- Dominante: QWERTY
- Guía: ASDFG
- Inferior: ZXCVB
- Muda: Control, Windows,
alternativa, espacio
Las teclas F y J (ubicadas en la fila guía) poseen un relieve que sirve para
que los estudiantes ubiquen sobre ellas, como posición inicial de digitación,
la punta de los dedos índice de ambas manos.
Además, la fila dominante contiene cuatro vocales (e,u,i,o), esto hace que
se la utilice para escribir la gran mayoría de las palabras en español.
Tecla control: La tecla Ctrl o Control cumple diversas funciones
del teclado, ya que es una tecla que debe ser presionada junto con otra
para cumplir su función.
La tecla Ctrl es una tecla modificadora, es decir que siempre es utilizada
en conjunto con otras teclas.
A continuación describiré las funciones del teclado en cuanto a la
tecla Control;
- CTRL+A: Seleccionar todo
- CTRL+F: Buscar
- CTRL+C: Copiar
- CTRL+V: Pegar
- CTRL+Y: Rehacer
- CTRL+Z: Deshacer
Las funciones de la tecla CTRL pueden variar dependiendo de la aplicación
que se encuentre activa en ese momento.
Ratón
Artículo
principal: Ratón (informática)
El mouse (del inglés,
pronunciado [ˈmaʊs]) o ratón es un periférico
de computadora de uso manual, utilizado como entrada o control de datos. Se
utiliza con una de las dos manos del usuario y detecta su movimiento relativo en dos
dimensiones por la superficie horizontal en la que se apoya, reflejándose
habitualmente a través de un puntero o flecha en el monitor. Anteriormente, la información del
desplazamiento era transmitida gracias al movimiento de una bola debajo del
ratón, la cual accionaba dos rodillos que correspondían a los ejes X e Y. Hoy,
el puntero reacciona a los movimientos debido a un rayo de luz que se refleja
entre el ratón y la superficie en la que se encuentra. Cabe aclarar que un ratón
óptico apoyado en un espejo o sobre un barnizado por ejemplo es inutilizable,
ya que la luz láser no desempeña su función correcta. La superficie a apoyar el
ratón debe ser opaca, una superficie que no genere un reflejo, es recomendable
el uso de alfombrillas.
Escáner
Artículo
principal: Escáner de computadora
En informática,
un escáner (del idioma inglés: scanner) es un periférico
que se utiliza para convertir, mediante el uso de la luz, imágenes o cualquier
otro impreso a formato digital. Actualmente vienen unificadas con las
impresoras formando Multifunciones.
Altavoces
Los altavoces se utilizan para escuchar los sonidos emitidos por
el computador, tales como música, sonidos de errores, conferencias, etc.
- Altavoces de las placas
base: Las placas base suelen llevar un dispositivo que emite pitidos para
indicar posibles errores o procesos.
COMPONENTES INTERNOS
DE LA PC
Como todo artefacto, la PC está expuesta a "pasar
de moda". Sin embargo, todas las computadoras poseen los mismos
componentes, no importa qué tan viejas o nuevas sean. Existen elementos básicos
que son más o menos sofisticados, de acuerdo con la tecnología que posean, pero
en definitiva, dentro de la computadora producen el mismo efecto. Para
actualizar la PC,
es necesario conocerlos. Por eso, a continuación, se presenta un resumen de las
funciones de cada uno.
PLACA MADRE
La placa madre o motherboard es “la gran placa” que
se encuentra en el interior de la computadora. Se encarga de coordinar y de comunicar
a todos los demás componentes de la PC. Hasta los elementos más comunes en una
computadora, como el teclado o el Mouse, están conectados a ella. Algunos
motherboards son complejos y grandes, otros son sencillos y con pocos componentes,
pero el funcionamiento básico en todos es idéntico en cual 0quermodelo o
fabricante. Como con todos los componentes, hay variaciones de precio según la
calidad.
Es una parte fundamental para armar cualquier computadora personal de escritorio o portátil. Tiene instalados una serie de circuitos integrados, entre los que se encuentra el circuito integrado auxiliar (chipset), que sirve como centro de conexión entre el microprocesador (CPU), la memoria de acceso aleatorio (RAM), las ranuras de expansión y otros dispositivos.
Va instalada dentro de una carcasa o gabinete que por lo general está hecha de chapa y tiene un panel para conectar dispositivos externos y muchos conectores internos y zócalos para instalar componentes internos.
La placa madre, además incluye un firmware llamado BIOS, que le permite realizar las funcionalidades básicas, como pruebas de los dispositivos, vídeo y manejo del teclado, reconocimiento de dispositivos y carga del sistema operativo.
Una placa base típica admite los siguientes componentes:
Conectores de alimentación de energía eléctrica.
· Zócalo de CPU (monoprocesador) o zócalos de CPU (multiprocesador).
· Ranuras de RAM.
· Chipset.
Conectores de alimentación
Véase también: Fuente de alimentación
Conectores de la fuente de alimentación de tipo ATX2 para PC:
(1) mini molex para FDD.
(2) Molex universal: para dispositivos IDE, HDD y unidad de disco óptico.
(3) para dispositivos SATA.
(4) para tarjetas gráficas de 8 pines, separable para 6 pines.
(5) para tarjeta gráfica de 6 pines.
(6) para placa base de 8 pines.
(7) para CPU P4, combinado para el conector de la placa base de 8 pines a 12V.
(8) ATX2 de 24 pines.
Por uno o varios de estos conectores de alimentación, una alimentación eléctrica proporciona a la placa base los diferentes voltajes e intensidades necesarios para su funcionamiento.
Zócalo de CPU
Artículo principal: Zócalo de CPU
El zócalo (socket) de CPU es un receptáculo que encastra el microprocesador y lo conecta con el resto de componentes a través del bus frontal de la placa base.
Si la placa madre dispone de un único zócalo para microprocesador, se denomina mono procesador. En cambio, si dispone de dos o más zócalos, se denomina placa multiprocesador.
Ranuras de RAM
Véase también: Ranura de expansión
Las placas bases constan de ranuras (slots) de memoria de acceso aleatorio, su número es de 2 a 6 ranuras en una misma placa base común.
En ellas se insertan dichas memorias del tipo conveniente dependiendo de la velocidad, capacidad y fabricante requeridos según la compatibilidad de cada placa base y la CPU.
Chipset
Artículo principal: Chipset
El chipset es una serie o conjunto de circuitos electrónicos, que gestionan las transferencias de datos entre los diferentes componentes de la computadora (procesador, memoria, tarjeta gráfica, unidad de almacenamiento secundario, etcétera).
El chipset, generalmente se divide en dos secciones:
1. puente norte (northbridge): gestiona la interconexión entre el microprocesador, la memoria RAM y la unidad de procesamiento gráfico;
2. puente sur (southbridge): gestiona la interconexión entre los periféricos y los dispositivos de almacenamiento, como los discos duros o las unidades de disco óptico.
Las nuevas líneas de procesadores de escritorio tienden a integrar el propio controlador de memoria dentro del procesador, además de que estas tardan en degradarse aproximadamente de 100 a 200 años.
Otros componentes importantes
· El reloj: regula la velocidad de ejecución de las instrucciones del microprocesador y de los periféricos internos.
· La CMOS: una pequeña memoria que preserva cierta información importante (como la configuración del equipo, fecha y hora), mientras el equipo no está alimentado por electricidad.
· La pila de la CMOS: proporciona la electricidad necesaria para operar el circuito constantemente y que este último no se apague perdiendo la serie de configuraciones guardadas, como la fecha, hora, secuencia de arranque...
· El BIOS: un programa registrado en una memoria no volátil (antiguamente en memorias ROM, pero desde hace tiempo se emplean memorias flash). Este programa es específico de la placa base y se encarga de la interfaz de bajo nivel entre el microprocesador y algunos periféricos. Recupera, y después ejecuta, las instrucciones del registro de arranque principal (Master Boot Record, MBR), o registradas en un disco duro o un dispositivo de estado sólido, cuando arranca el sistema operativo.
· Actualmente, las computadoras modernas sustituyen el MBR por la tabla de particiones GUID (GPT) y el BIOS por Extensible Firmware Interface (EFI).
Bus frontal
· El bus frontal o bus delantero (front-side bus o FSB): también llamado “bus interno”, conecta el microprocesador al chipset. Está cayendo en desuso frente aHyperTransport y Quickpath.
· El bus de memoria conecta el chipset a la memoria temporal.
· El bus de expansión (también llamado bus E/S): une el microprocesador a los conectores de entrada/salida y a las ranuras de expansión.
· Los conectores de entrada/salida que cumplen normalmente con la norma PC 99; estos conectores incluyen:
· Los puertos serie, para conectar dispositivos antiguos.
· Los puertos paralelos, para la conexión de impresoras antiguas.
· Los puertos PS/2 para conectar teclado y ratón; estas interfaces tienden a ser sustituidas por USB.
· Los puertos USB (en inglés Universal Serial Bus), por ejemplo, para conectar diferentes periféricos, como por ejemplo: mouse, teclado, memoria USB,teléfonos inteligentes, impresoras.
· Los conectores RJ-45, para conectarse a una red informática.
· Los conectores VGA, DVI, HDMI o DisplayPort para la conexión del monitor de computadora o proyector de vídeo.
· Los conectores IDE o Serial ATA, para conectar dispositivos de almacenamiento, tales como discos duros (HDD), dispositivos de estado sólido (SDD) yunidades de disco óptico.
· Los conectores jacks de audio, para conectar dispositivos de audio, por ejemplo: altavoces y auriculares (código de color: verde), y micrófonos (código de color: rosado).
Las ranuras de expansión: se trata de receptáculos (slots) que pueden acoger placas o tarjetas de expansión (estas tarjetas se utilizan para agregar características o aumentar el rendimiento de la computadora; por ejemplo, una tarjeta gráfica se puede añadir para mejorar el rendimiento 3D). Estos puertos pueden ser puertos:
ISA (Industry Standard Architecture) interfaz antigua,
· PCI (Peripheral Component Interconnect),
· AGP (Accelerated Graphics Port) y,
· PCIe o PCI-Express, son los más recientes.
· Con la evolución de las computadoras, más y más características se han integrado en la placa base, tales como circuitos electrónicos para la gestión del vídeo, de sonido o de redes, evitando así la adición de tarjetas de expansión:
· interfaz gráfica integrada o unidad de procesamiento gráfico (GPU, Graphics Processing Unit, o IGP, Integrated Graphic Processor);
· interfaz integrada de audio o sonido;
· interfaz integrada Ethernet o puertos de red integrados ((10/100 Mbit/s)/(1 Gbit/s)).
· En la placa también existen distintos conjuntos de pines, llamados jumpers o puentes, que sirven para configurar otros dispositivos:
· JMDM1: Sirve para conectar un módem por el cual se puede encender el sistema cuando este recibe una señal.
· JIR2: Este conector permite conectar módulos de infrarrojos IrDA, teniendo que configurar la BIOS.
· JBAT1: Se utiliza para poder borrar todas las configuraciones que como usuario podemos modificar y restablecer las configuraciones que vienen de fábrica.
· JP20: Permite conectar audio en el panel frontal.
· JFP1 Y JFP2: Se utiliza para la conexión de los interruptores del panel frontal y los ledes.
· JUSB1 Y JUSB3: Es para conectar puertos USB del panel frontal.
Microprocesador.
El microprocesador (o simplemente procesador) es el circuito integrado central y más complejo de un sistema informático; a modo de ilustración, se le suele llamar por analogía el «cerebro» de un computador.
Es el encargado de ejecutar los programas, desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria.
Esta unidad central de procesamiento está constituida, esencialmente, por registros, una unidad de control, una unidad aritmético lógica (ALU) y una unidad de cálculo en coma flotante(conocida antiguamente como «coprocesador matemático»).
El microprocesador está conectado generalmente mediante un zócalo específico de la placa base de la computadora; normalmente para su correcto y estable funcionamiento, se le incorpora un sistema de refrigeración que consta de un disipador de calor fabricado en algún material de alta conductividad térmica, como cobre o aluminio, y de uno o más ventiladores que eliminan el exceso del calor absorbido por el disipador. Entre el disipador y la cápsula del microprocesador usualmente se coloca pasta térmica para mejorar la conductividad del calor. Existen otros métodos más eficaces, como la refrigeración líquida o el uso de células peltier para refrigeración extrema, aunque estas técnicas se utilizan casi exclusivamente para aplicaciones especiales, tales como en las prácticas de overclocking.
La medición del rendimiento de un microprocesador es una tarea compleja, dado que existen diferentes tipos de "cargas" que pueden ser procesadas con diferente efectividad por procesadores de la misma gama. Una métrica del rendimiento es la frecuencia de reloj que permite comparar procesadores con núcleos de la misma familia, siendo este un indicador muy limitado dada la gran variedad de diseños con los cuales se comercializan los procesadores de una misma marca y referencia. Un sistema informático de alto rendimiento puede estar equipado con varios microprocesadores trabajando en paralelo, y un microprocesador puede, a su vez, estar constituido por varios núcleos físicos o lógicos.
Un núcleo físico se refiere a una porción interna del microprocesador casi-independiente que realiza todas las actividades de una CPU solitaria, un núcleo lógico es la simulación de un núcleo físico a fin de repartir de manera más eficiente el procesamiento. Existe una tendencia de integrar el mayor número de elementos dentro del propio procesador, aumentando así la eficiencia energética y la miniaturización. Entre los elementos integrados están las unidades de punto flotante, controladores de la memoria RAM, controladores de buses y procesadores dedicados de vídeo.
Historia de los
microprocesadores
La evolución del microprocesador
El microprocesador surgió de la evolución de distintas tecnologías predecesoras, básicamente de la computación y de la tecnología de semiconductores. El inicio de esta última data de mitad de la década de 1950; estas tecnologías se fusionaron a principios de los años 1970, produciendo el primer microprocesador. Dichas tecnologías iniciaron su desarrollo a partir de la segunda guerra mundial; en este tiempo los científicos desarrollaron computadoras específicas para aplicaciones militares. En la posguerra, a mediados de la década de 1940, la computación digital emprendió un fuerte crecimiento también para propósitos científicos y civiles. La tecnología electrónica avanzó y los científicos hicieron grandes progresos en el diseño de componentes de estado sólido (semiconductores). En 1948 en los laboratorios Bell crearon el transistor.
En los años 1950, aparecieron las primeras computadoras digitales de propósito general. Se fabricaron utilizando tubos al vacío o bulbos como componentes electrónicos activos. Módulos de tubos al vacío componían circuitos lógicos básicos, tales como compuertas y flip-flops. Ensamblándolos en módulos se construyó la computadora electrónica (la lógica de control, circuitos de memoria, etc.). Los tubos de vacío también formaron parte de la construcción de máquinas para la comunicación con las computadoras.
Para la construcción de un circuito sumador simple se requiere de algunas compuertas lógicas. La construcción de una computadora digital precisa numerosos circuitos o dispositivos electrónicos. Un paso trascendental en el diseño de la computadora fue hacer que el dato fuera almacenado en memoria Y la idea de almacenar programas en memoria para luego ejecutarlo fue también de fundamental importancia (Arquitectura de von Neumann).
La tecnología de los circuitos de estado sólido evolucionó en la década de 1950. El empleo del silicio (Si), de bajo costo y con métodos de producción masiva, hicieron del transistor el componente más usado para el diseño de circuitos electrónicos. Por lo tanto el diseño de la computadora digital se reemplazo del tubo al vacío por el transistor, a finales de la década de 1950.
A principios de la década de 1960, el estado de arte en la construcción de computadoras de estado sólido sufrió un notable avance; surgieron las tecnologías en circuitos digitales como: RTL (Lógica Transistor Resistor), DTL (Lógica Transistor Diodo), TTL (Lógica Transistor Transistor), ECL (Lógica Complementada Emisor). A mediados de los años 1960 se producen las familias de circuitos de lógica digital, dispositivos integrados en escala SSI y MSI que corresponden a baja y mediana escala de integración de componentes. A finales de los años 1960 y principios de los 70 surgieron los sistemas a alta escala de integración o LSI. La tecnología LSI fue haciendo posible incrementar la cantidad de
componentes en los circuitos integrados. Sin embargo, pocos circuitos LSI fueron producidos, los dispositivos de memoria eran un buen ejemplo.
Las primeras calculadoras electrónicas requerían entre 75 y 100 circuitos integrados. Después se dio un paso importante en la reducción de la arquitectura de la computadora a un circuito integrado simple, resultando uno que fue llamado microprocesador, unión de las palabras «Micro» del griego μικρο-, «pequeño», y procesador. Sin embargo, es totalmente válido usar el término genérico procesador, dado que con el paso de los años, la escala de integración se ha visto reducida de micro métrica a nanométrica; y además, es, sin duda, un procesador.
El primer microprocesador fue el Intel 4004, producido en 1971. Se desarrolló originalmente para una calculadora y resultó revolucionario para su época. Contenía 2.300 transistores, era un microprocesador de arquitectura de 4 bits que podía realizar hasta 60.000 operaciones por segundo trabajando a una frecuencia de reloj de alrededor de 700 KHz.
El primer microprocesador de 8 bits fue el Intel 8008, desarrollado a mediados de 1972 para su uso en terminales informáticos. El Intel 8008 integraba 3300 transistores y podía procesar a frecuencias máximas de 800Khz.
El primer microprocesador realmente diseñado para uso general, desarrollado en 1974, fue el Intel 8080 de 8 bits, que contenía 4500 transistores y podía ejecutar 200.000 instrucciones por segundo trabajando a alrededor de 2MHz.
El primer microprocesador de 16 bits fue el 8086, seguido del 8088. El 8086 fue el inicio y el primer miembro de la popular arquitectura x86, actualmente usada en la mayoría de los computadores. El chip 8086 fue introducido al mercado en el verano de 1978, pero debido a que no había aplicaciones en el mercado que funcionaran con 16 bits, Intel sacó al mercado el 8088, que fue lanzado en 1979. Llegaron a operar a frecuencias mayores de 4Mhz.
El microprocesador elegido para equipar al IBM Personal Computer/AT, que causó que fuera el más empleado en los PC-AT compatibles entre mediados y finales de los años 1980 fue el Intel 80286 (también conocido simplemente como 286); es un microprocesador de 16 bits, de la familia x86, que fue lanzado al mercado en 1982. Contaba con 134.000 transistores. Las versiones finales alcanzaron velocidades de hasta 25 MHz.
Uno de los primeros procesadores de arquitectura de 32 bits fue el 80386 de Intel, fabricado a mediados y fines de la década de 1980; en sus diferentes versiones llegó a trabajar a frecuencias del orden de los 40Mhz.
El microprocesador DEC Alpha se lanzó al mercado en 1992, corriendo a 200 MHz en su primera versión, en tanto que el Intel Pentium surgió en 1993 con una frecuencia de trabajo de 66Mhz. El procesador Alpha, de tecnología RISC y arquitectura de 64 bits, marcó un hito, declarándose como el más rápido del mundo, en su época. Llegó a 1Ghz de frecuencia hacia el año 2001. Irónicamente, a mediados del 2003, cuando se pensaba quitarlo de circulación, el Alpha aún encabezaba la lista de los microprocesadores más rápidos de Estados Unidos.
Los microprocesadores modernos tienen una capacidad y velocidad mucho mayores, trabajan en arquitecturas de 64 bits, integran más de 700 millones de transistores, como es en el caso de las serie Core i7, y pueden operar a frecuencias normales algo superiores a los 3GHz (3000MHz).
Historia.
Hasta los primeros años de la década de 1970 los
diferentes componentes electrónicos que formaban un procesador no
podían ser un único circuito integrado, era necesario utilizar dos o tres chips para hacer una CPU (uno era el ALU -
Arithmetical Logic Unit, el otro la control Unit, el otro el Register Bank, etc..). En 1971 la compañía
Intel consiguió por primera vez poner todos los
transistores que constituían un procesador sobre un único circuito integrado,
el"4004 "', nacía el microprocesador.
Seguidamente se expone una lista ordenada
cronológicamente de los microprocesadores más populares que fueron surgiendo.
En la URSS se realizaron otros sistemas que dieron lugar a la
serie microprocesador Elbrus.
El 4004 fue el primer microprocesador del mundo,
creado en un simple chip y desarrollado por Intel. Era un CPU de 4 bits y
también fue el primero disponible comercialmente. Este desarrollo impulsó la
calculadora de Busicom e inició el camino para dotar de «inteligencia» a
objetos inanimados y asimismo, a la computadora personal.
Codificado inicialmente como 1201, fue pedido a Intel
por Computer Terminal Corporation para usarlo en su terminal programable
Datapoint 2200, pero debido a que Intel terminó el proyecto tarde y a que no
cumplía con la expectativas de Computer Terminal Corporation, finalmente no fue
usado en el Datapoint. Posteriormente Computer Terminal Corporation e Intel
acordaron que el i8008 pudiera ser vendido a otros clientes.
El SC/MP desarrollado por National Semiconductor, fue uno de los primeros
microprocesadores, y estuvo disponible desde principio de 1974. El nombre
SC/MP (popularmente conocido como «Scamp») es el acrónimo de Simple Cost-effective Micro Processor
(Microprocesador simple y rentable). Presenta un bus de direcciones de 16 bits y un bus de datos de 8 bits. Una característica, avanzada para su tiempo, es la
capacidad de liberar los buses a fin de que puedan ser compartidos por varios
procesadores. Este microprocesador fue muy utilizado, por su bajo costo, y
provisto en kits, para propósitos educativos, de investigación y para el
desarrollo de controladores industriales diversos.
EL 8080 se convirtió en la CPU de la
primera computadora personal, la Altair 8800 de MITS, según se alega, nombrada así por un destino
de la Nave Espacial «Starship» del programa de televisión Viaje a las Estrellas,
y el IMSAI 8080, formando la base para las máquinas que ejecutaban el
sistema operativo CP/M-80. Los fanáticos de las computadoras
podían comprar un equipo Altair por un precio (en aquel momento) de 395 USD. En
un periodo de pocos meses, se vendieron decenas de miles de estos PC.
Se fabrica, por parte de Motorola, el Motorola MC6800, más conocido como 6800.
Fue lanzado al mercado poco después del Intel 8080. Su nombre proviene de que
contenía aproximadamente 6.800 transistores. Varios de los primeras microcomputadoras de los años 1970 usaron el 6800 como procesador. Entre ellas se
encuentran la SWTPC 6800, que fue la primera en usarlo, y la muy conocida
Altair 680. Este microprocesador se utilizó profusamente como parte de un kit
para el desarrollo de sistemas controladores en la industria. Partiendo del
6800 se crearon varios procesadores derivados, siendo uno de los más potentes
el Motorola 6809
La compañía Zilog Inc. crea
el Zilog Z80. Es un microprocesador de 8 bits construido en
tecnología NMOS, y fue basado en el Intel 8080. Básicamente es una
ampliación de éste, con lo que admite todas sus instrucciones. Un año después
sale al mercado el primer computador que hace uso del Z80, el Tandy TRS-80 Model 1 provisto de un Z80 a 1,77 MHz y 4 KB de RAM. Es uno
de los procesadores de más éxito del mercado, del cual se han producido
numerosas versiones clónicas, y sigue siendo usado de forma extensiva en la
actualidad en multitud de sistemas embebidos. La compañía Zilog fue fundada 1974 por Federico Faggin, quien fue diseñador jefe del microprocesador Intel
4004 y posteriormente del Intel 8080.
- 1978:
Los Intel
8086 y 8088
Una venta realizada por Intel a la nueva división de
computadoras personales de IBM, hizo que las PC de IBM dieran un gran golpe
comercial con el nuevo producto con el 8088, el llamado IBM PC. El éxito del
8088 propulsó a Intel a la lista de las 500 mejores compañías, en la
prestigiosa revista Fortune, y la misma nombró la empresa como
uno de Los triunfos comerciales de los sesenta.
El 80286, popularmente conocido como 286, fue el
primer procesador de Intel que podría ejecutar todo el software escrito para su
predecesor. Esta compatibilidad del software sigue siendo un sello de la
familia de microprocesadores de Intel. Luego de seis años de su introducción,
había un estimado de 15 millones de PC basadas en el 286, instaladas alrededor
del mundo.
Este procesador Intel, popularmente llamado 386, se
integró con 275.000 transistores, más de 100 veces tantos como en el original
4004. El 386 añadió una arquitectura de 32 bits, con capacidad para multitarea y una unidad de traslación de páginas, lo que hizo
mucho más sencillo implementar sistemas operativos que usaran memoria virtual.
El microprocesador VAX 78032 (también conocido como
DC333), es de único chip y de 32 bits, y fue desarrollado y fabricado por Digital
Equipment Corporation (DEC);
instalado en los equipos MicroVAX II, en conjunto con su ship coprocesador de
coma flotante separado, el 78132, tenían una potencia cercana al 90% de la que
podía entregar el minicomputador VAX 11/780 que fuera presentado en 1977. Este
microprocesador contenía 125000 transistores, fue fabricado en tecnologóa ZMOS
de DEC. Los sistemas VAX y los basados en este procesador fueron los preferidos
por la comunidad científica y de ingeniería durante la década del 1980.
La generación 486 realmente significó contar con una
computadora personal de prestaciones avanzadas, entre ellas, un conjunto de
instrucciones optimizado,
una unidad de coma flotante o FPU, una unidad de interfaz de
bus mejorada y una memoria caché unificada, todo ello integrado en
el propio chip del microprocesador. Estas mejoras hicieron que los i486 fueran
el doble de rápidos que el par i386 - i387 operando a la misma frecuencia de reloj. El procesador Intel 486 fue el
primero en ofrecer un coprocesador matemático o FPU integrado; con él
que se aceleraron notablemente las operaciones de cálculo. Usando una unidad
FPU las operaciones matemáticas más complejas son realizadas por el
coprocesador de manera prácticamente independiente a la función del procesador
principal.
Procesadores fabricados por AMD 100%
compatible con los códigos de Intel de ese momento. Llamados «clones» de Intel,
llegaron incluso a superar la frecuencia de reloj de los procesadores de Intel
y a precios significativamente menores. Aquí se incluyen las series Am286,
Am386, Am486 y Am586.
Es un procesador de tecnología RISC de 32 bits,
en 50 y 66MHz. En su diseño utilizaron la interfaz de bus del Motorola 88110.
En 1991, IBM busca una alianza con Apple y Motorola
para impulsar la creación de este microprocesador, surge la alianza AIM (Apple,
IBM y Motorola) cuyo objetivo fue quitar el dominio que Microsoft e Intel tenían en sistemas basados en los 80386 y
80486. PowerPC (abreviada PPC o MPC) es el nombre original de la familia
de procesadores de arquitectura de tipo RISC, que fue desarrollada por la
alinza AIM. Los procesadores de esta familia son utilizados principalmente en
computadores Macintosh de Apple Computer y su alto rendimiento se debe fuertemente a su
arquitectura tipo RISC.
El microprocesador de Pentium poseía una arquitectura
capaz de ejecutar dos operaciones a la vez, gracias a sus dos pipeline de datos
de 32 bits cada uno, uno equivalente al 486DX(u) y el otro equivalente a
486SX(u). Además, estaba dotado de un bus de datos de 64 bits, y permitía un
acceso a memoria de 64 bits (aunque el procesador seguía manteniendo
compatibilidad de 32 bits para las operaciones internas, y los registros
también eran de 32 bits). Las versiones que incluían instrucciones MMX no sólo
brindaban al usuario un más eficiente manejo de aplicaciones multimedia, sino
que también se ofrecían en velocidades de hasta 233 MHz. Se incluyó una versión
de 200 MHz y la más básica trabajaba a alrededor de 166 MHz de frecuencia de
reloj. El nombre Pentium, se mencionó en las historietas y en charlas de la
televisión a diario, en realidad se volvió una palabra muy popular poco después
de su introducción.
En este año IBM y Motorola desarrollan el primer
prototipo del procesador PowerPC de 64 bit, la implementación más avanzada de la arquitectura
PowerPC, que estuvo disponible al año próximo. El 620 fue diseñado para su
utilización en servidores, y especialmente optimizado para usarlo en
configuraciones de cuatro y hasta ocho procesadores en servidores de
aplicaciones de base de datos y vídeo. Este procesador incorpora siete millones de
transistores y corre a 133 MHz. Es ofrecido como un puente de migración para
aquellos usuarios que quieren utilizar aplicaciones de 64 bits, sin tener
que renunciar a ejecutar aplicaciones de 32 bits.
- 1995:
EL Intel
Pentium Pro
Lanzado al mercado en otoño de 1995, el procesador
Pentium Pro (profesional) se diseñó con una arquitectura de 32 bits. Se usó en servidores y los programas y aplicaciones
para estaciones de trabajo (de redes) impulsaron rápidamente su integración en
las computadoras. El rendimiento del código de 32 bits era excelente, pero el
Pentium Pro a menudo era más lento que un Pentium cuando ejecutaba código o
sistemas operativos de 16 bits. El procesador Pentium Pro estaba compuesto por
alrededor de 5'5 millones de transistores.
Habiendo abandonado los clones, AMD fabricada
con tecnologías análogas a Intel. AMD sacó al mercado su primer procesador
propio, el K5, rival del Pentium. La arquitectura RISC86 del AMD K5 era más
semejante a la arquitectura del Intel Pentium Pro que a la del Pentium. El K5
es internamente un procesador RISC con una Unidad x86- decodificadora,
transforma todos los comandos x86 (de la aplicación en curso) en comandos RISC.
Este principio se usa hasta hoy en todas las CPU x86. En la mayoría de los
aspectos era superior el K5 al Pentium, incluso de inferior precio, sin
embargo AMD tenía poca experiencia en el desarrollo de microprocesadores y los
diferentes hitos de producción marcados se fueron superando con poco éxito, se
retrasó 1 año de su salida al mercado, a razón de ello sus frecuencias de
trabajo eran inferiores a las de la competencia, y por tanto, los fabricantes
de PC dieron por sentado que era inferior.
- 1996:
Los AMD K6 y AMD K6-2
Con el K6, AMD no sólo consiguió hacerle seriamente la
competencia a los Pentium MMX de Intel, sino que además amargó lo que de otra
forma hubiese sido un plácido dominio del mercado, ofreciendo un procesador
casi a la altura del Pentium II pero por un precio muy inferior. En cálculos en
coma flotante, el K6 también quedó por debajo del
Pentium II, pero por encima del Pentium MMX y del Pro. El K6 contó con una gama
que va desde los 166 hasta los más de 500 MHz y con el juego de instrucciones
MMX, que ya se han convertido en estándares.
Más adelante se lanzó una mejora de los K6, los
K6-2 de 250 nanómetros, para seguir compitiendo con los Pentium II,
siendo éste último superior en tareas de coma flotante, pero inferior en tareas
de uso general. Se introduce un juego de instrucciones SIMD denominado 3DNow!
- 1997:
El Intel
Pentium II
Un procesador de 7'5 millones de transistores, se
busca entre los cambios fundamentales con respecto a su predecesor, mejorar el
rendimiento en la ejecución de código de 16 bits, añadir el conjunto de instrucciones MMX y eliminar
la memoria caché de segundo nivel del núcleo del procesador, colocándola en una
tarjeta de circuito impreso junto a éste. Gracias al nuevo
diseño de este procesador, los usuarios de PC pueden capturar, revisar y
compartir fotografías digitales con amigos y familia vía Internet; revisar y
agregar texto, música y otros; con una línea telefónica; el enviar vídeo a
través de las líneas normales del teléfono mediante Internet se convierte en
algo cotidiano.
- 1998:
El Intel Pentium II Xeon
Los procesadores Pentium II Xeon se diseñan para
cumplir con los requisitos de desempeño en computadoras de medio-rango,
servidores más potentes y estaciones de trabajo (workstations). Consistente con
la estrategia de Intel para diseñar productos de procesadores con el objetivo
de llenar segmentos de los mercados específicos, el procesador Pentium II Xeon
ofrece innovaciones técnicas diseñadas para las estaciones de trabajo y servidores que utilizan
aplicaciones comerciales exigentes, como servicios de Internet, almacenamiento
de datos corporativos, creaciones digitales y otros. Pueden configurarse
sistemas basados en este procesador para integrar de cuatro o ocho procesadores
trabajando en paralelo, también más allá de esa cantidad.
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