Conceptos Esenciales de Arquitectura de Computadoras: CPU, Memoria y Placa Base
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Conceptos Fundamentales de Arquitectura de Computadoras
Estrategias de Paralelismo
Paralelismo a Nivel de Instrucción
El paralelismo a nivel de instrucción busca ejecutar múltiples instrucciones de un programa simultáneamente para mejorar el rendimiento.
Paralelismo a Nivel de Hilo de Ejecución
El paralelismo a nivel de hilo de ejecución puede incrementar el número de programas que una CPU puede ejecutar simultáneamente, lo que equivale a tener muchas CPU virtuales.
Sistemas Multinúcleo e Hyperthreading
Sistemas Multinúcleo
Un núcleo es una unidad de CPU completa. Un mismo chip puede contener varios procesadores.
HyperThreading
Un mismo núcleo tiene asignados dos procesos (al menos), alternando uno u otro de forma periódica.
Planificación de Procesos
Algoritmo de Planificación
Algoritmo que se emplea para determinar qué proceso se ejecutará a continuación.
Quantum
Tiempo mínimo que la CPU puede dedicar a un proceso. Cuando finaliza el tiempo asignado al proceso por el planificador, se vuelve a ejecutar el programa planificador y este decide qué proceso continúa.
Memoria RAM y su Estructura
RAM: Random Access Memory
Memoria de acceso aleatorio. Es la memoria que usa la CPU en su operación principal. Debe poder accederse en cualquier dirección. Guarda programas en ejecución y datos.
Celda de Memoria
Mínima cantidad de memoria a la que se puede acceder.
Dirección de Memoria
Número que se asocia a una celda para acceder a sus datos.
Estructura de la Memoria
Tablero
Conjunto de celdas asociadas.
Fila
Fila de la celda dentro del tablero.
Columna
Columna de la celda dentro del tablero.
Reloj de Memoria
Reloj interno que usa la memoria.
La Placa Base o Placa Principal
Funciones de la Placa Principal
La placa principal es un conjunto de componentes y líneas de comunicación que:
- Suministra corriente.
- Comunica la CPU con la memoria.
- Comunica la CPU con los periféricos.
Comunicación con la CPU: El Socket y el Front-side Bus
Desde el punto de vista físico, la comunicación se realiza a través de un Socket, que representa el “Front-side Bus”.
- El Socket suministra la energía a la CPU, siendo el voltaje variable en función de la intensidad de trabajo de la CPU.
- El “Front-side Bus” tiene una velocidad de reloj para sincronizar las operaciones de la CPU con el resto del sistema.
Comunicación en un Sistema Multinúcleo
La interfaz de la placa con el procesador es única para todos los núcleos.
Multiplicador
El “Front-side Bus” tiene una velocidad de reloj fija, y el reloj de la CPU se establece con múltiplos de la velocidad de reloj del “Front-side Bus”.
Voltaje de la CPU
El socket de la CPU suministra la corriente para el funcionamiento de esta. Puede haber varias líneas de corriente. El voltaje base puede ser variable según la intensidad de uso de la CPU y se puede modificar en algunos sistemas.
Chipset
Conjunto de controladores que comunican la CPU con la memoria (en algunos sistemas) y con los periféricos.
Control de Interrupciones
Los controladores North Bridge y South Bridge gestionan las interrupciones de los periféricos, estableciendo la prioridad de atención de los mismos por parte de la CPU.
El controlador de interrupciones, que se encuentra en el chipset, debe ser capaz de:
- Habilitar o inhibir líneas de interrupción de los distintos dispositivos.
- Establecer prioridades entre las distintas interrupciones solicitadas.