Microprocesadores: Arquitectura, Componentes y Funcionamiento Detallado

Microprocesador: El Cerebro de tu Ordenador

Un microprocesador es un circuito integrado que contiene millones de transistores. La combinación de estos transistores permite realizar el trabajo para el que ha sido diseñado. Existen dos tipos principales:

• ZIF (Zero Insertion Force): Los pines están en el procesador.
• LGA (Land Grid Array): Los pines están en la placa base.

Arquitectura Interna y Características Clave

La arquitectura interna de un microprocesador se define por varias características:

• Velocidad del microprocesador: Medida en GHz, indica la rapidez con la que el procesador puede ejecutar instrucciones.
• Bits de trabajo: Determina la cantidad de datos que el procesador puede manejar simultáneamente (por ejemplo, 32 bits o 64 bits).
• Número de núcleos: Indica la cantidad de unidades de procesamiento independientes dentro del microprocesador.
• Velocidad del bus de datos: La velocidad a la que el procesador puede transferir datos hacia y desde otros componentes.
• Caché: Memoria de alta velocidad utilizada para almacenar datos a los que se accede con frecuencia.
• Controlador de memorias: Integrado en el micro, gestiona el acceso a la memoria RAM.
• Tipo de memoria compatible: Especifica el tipo de memoria RAM con la que el procesador puede trabajar (por ejemplo, DDR4, DDR5).

Tipos de Procesadores

Procesador Mononúcleo

Un procesador mononúcleo tiene un solo núcleo de procesamiento. Sus componentes principales son:

• CPU (Unidad Central de Procesamiento): El núcleo principal que ejecuta las instrucciones.
• ALU (Unidad Aritmético-Lógica): Realiza operaciones aritméticas y lógicas.
• Unidad de Coma Flotante (FPU): Especializada en cálculos de coma flotante.
• Caché: Almacena datos a los que se accede con frecuencia.
• FSB (Front Side Bus): Conecta el procesador con la placa base.

Procesadores Multinúcleo

Los procesadores multinúcleo están compuestos por varios núcleos de procesamiento (nanomicros) hechos de silicio, actualmente con tamaños de hasta 45 mm. Ventajas:

• Aumento de la frecuencia de trabajo.
• Aumento de los bits de trabajo.
• Controlador de memoria integrado.
• Buses de transmisión de alta velocidad.

Características:

• Velocidad: Se mide en GHz. Tiene dos velocidades: interna (velocidad de funcionamiento del núcleo) y externa (velocidad de comunicación con la placa base).
• Caché: Niveles L1 y L2 para acceso rápido a datos.
• Consumo: Cantidad de energía que gasta el procesador.
• Voltaje: Tensión suministrada al núcleo.
• Corriente: Cantidad de electricidad que circula por un conductor en un tiempo determinado, medida en amperios.
• Tecnología de fabricación: Separación entre los transistores que forman el microprocesador.

Chipset: El Controlador del Núcleo

El chipset es un conjunto de circuitos controladores de los elementos del núcleo.

Partes Físicas del Microprocesador

• Encapsulado: Rodea la oblea de silicio para proteger el microprocesador, darle consistencia y permitir el enlace con los conectores externos.
• Caché: Memoria ultrarrápida que se emplea para que el micro tenga disponibles los datos que va a utilizar y evitar el acceso a la memoria principal.
• FPU: Parte del micro especializada en cálculos matemáticos avanzados.

Funcionamiento del Microprocesador

1. Ejecutar: El procesador ejecuta las instrucciones.
2. Lectura de instrucciones: El micro lee las instrucciones de la RAM.
3. Contador de programa: Contiene las instrucciones a ejecutar.
4. Lectura de la memoria RAM: Se leen los datos necesarios de la memoria.
5. Incremento del contador: El controlador de programa se incrementa.
6. Decodificación: Se decodifica la instrucción.

Tipos de Ordenadores

• Antiguos: Previos al Pentium.
• Modernos: Procesadores Pentium.
• Actuales: Intel (Duo Core, Core Duo) y AMD (Athlon 64x2).

Refrigeración del Microprocesador

La temperatura elevada provoca inestabilidad. Existen diferentes tipos de refrigeración:

Refrigeración por Agua

Componentes: bloques de agua, radiador, bomba de agua, tanque.

• Ventajas: Refrigeración muy buena.
• Inconvenientes: El mantenimiento del sistema es caro.

Refrigeración Peltier

Elemento termoeléctrico que enfría un lado y calienta el otro.

Refrigeración por Aire

Componentes: pasta térmica, disipador, ventilador.