Arquitectura y Funcionamiento del Microprocesador y la Fuente de Alimentación en Sistemas Informáticos

Fuente de Alimentación: Conversión de Energía para Componentes

La fuente de alimentación es el componente que transforma la corriente alterna (AC) de 230V de la red eléctrica en corriente continua (DC) de 3.3V, 5V y 12V, que es la que soportan los componentes del equipo. Podemos encontrar fuentes de potencias diversas, siendo comunes las de entre 400W y 800W.

Tipos de Tensión y Corriente Relacionados

Los tipos de tensión y corriente que se relacionan con las fuentes de alimentación son los siguientes:

• Corriente Alterna (AC): Es aquella que es variable periódicamente y cambia el sentido de la circulación de las cargas cada cierto tiempo.
• Corriente Continua (DC): Es aquella que permanece constante e invariable a lo largo del tiempo. Tiene dos polos: positivo y negativo.

Componentes Clave en la Transformación de Energía

El proceso de conversión de energía se realiza mediante varios circuitos:

1. El transformador adapta los niveles de tensión y proporciona aislamiento galvánico. Transforma la tensión de entrada de 230 V a tensiones de salida de 3.3 V, 5 V y 12 V.
2. El rectificador es el circuito que convierte la corriente alterna en corriente continua pulsante.
3. Después, suelen llevar un circuito que disminuye el rizado, como un filtro de condensador.
4. La regulación, o estabilización de la tensión a un valor establecido, se consigue con un componente denominado regulador de tensión.

El Microprocesador (CPU): El Cerebro del Computador

El microprocesador (o simplemente procesador) es el circuito integrado central más complejo de un sistema informático. A modo de ilustración, se le suele llamar por analogía el «cerebro» de un computador. Es un circuito integrado conformado por millones de componentes electrónicos. Constituye la Unidad Central de Procesamiento (CPU) de un PC.

Función Principal del Microprocesador

Es el encargado de ejecutar los programas, desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario. Solo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como:

• Sumar, restar, multiplicar, dividir.
• Operaciones lógicas binarias.
• Accesos a memoria.

Arquitectura Interna de la CPU

Esta unidad central de procesamiento está constituida, esencialmente, por:

• Registros.
• Una unidad de control.
• Una Unidad Aritmético Lógica (ALU).
• Una unidad de cálculo en coma flotante (conocida antiguamente como «coprocesador matemático»).

Refrigeración y Conexión

El microprocesador está conectado mediante un zócalo específico de la placa base. 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.
• Uno o más ventiladores que eliminan el exceso de calor absorbido por el disipador.

Entre el disipador y la cápsula del microprocesador usualmente se coloca pasta térmica para mejorar la conductividad del calor.

Diferencias Clave: CPU vs. GPU

Aunque ambas son unidades de procesamiento, sus funciones y arquitecturas difieren significativamente:

• CPU: Es el procesador genérico.
• GPU: Está especializada en representaciones gráficas y cálculos masivamente paralelos.

Otras diferencias:

• Las velocidades de las GPU superan a las velocidades de la CPU en tareas paralelas.
• La GPU trabaja íntegramente en paralelo.
• La CPU puede reemplazar una simple GPU (como las integradas en Intel i7), pero las GPU no pueden sustituir a las CPU como unidad central de control.
• Ubicación: La CPU se sitúa en la placa base y la GPU va soldada en la circuitería de la tarjeta gráfica (o integrada en la CPU).

El Ciclo de Ejecución de Instrucciones

El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios organizados secuencialmente en la memoria principal. La ejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases:

1. Prefetch: Prelectura de la instrucción desde la memoria principal.
2. Fetch: Envío de la instrucción al decodificador.
3. Decodificación de la instrucción: Determinar qué instrucción es y, por lo tanto, qué se debe hacer.
4. Lectura de operandos (si los hay).
5. Ejecución: Lanzamiento de las máquinas de estado que llevan a cabo el procesamiento.
6. Escritura de los resultados en la memoria principal o en los registros.

Sistemas Multiproceso

Este tipo de arquitectura permite que la placa base pueda acoger a varios procesadores (generalmente de 2, 4, 8 o más). Estas placas base multiprocesador tienen varios zócalos de microprocesador, lo que les permite conectar varios microprocesadores físicamente distintos (a diferencia de los procesadores de doble núcleo, que son una sola unidad física).

Hay dos formas de manejar estos sistemas:

• Modo Asimétrico: A cada procesador se le asigna una tarea diferente. Este método no acelera el tratamiento de una única tarea, pero puede asignar una tarea a una unidad central de procesamiento mientras que la otra lleva a cabo una tarea diferente.
• Modo Simétrico (Multiprocesamiento Simétrico - SMP): Cada tarea se distribuye de forma simétrica entre los procesadores.