Que Es Un Procesador?
El procesador (CPU, por Central
Processing Unit o Unidad Central de
Procesamiento), es por decirlo de alguna manera, el cerebro del ordenador.
Permite el procesamiento de información numérica, es decir, información
ingresada en formato binario,
así como la ejecución de instrucciones almacenadas en la memoria.
El primer microprocesador (Intel 4004) se inventó en 1971. Era un dispositivo
de cálculo de 4 bits, con una velocidad de 108 kHz. Desde entonces, la potencia
de los microprocesadores ha aumentado de manera exponencial. ¿Qué son
exactamente esas pequeñas piezas de silicona que hacen funcionar un ordenador?
Funcionamiento
El procesador (denominado CPU,
por Central Processing
Unit) es un circuito electrónico que funciona a la
velocidad de un reloj interno, gracias a un cristal de cuarzo que, sometido a
una corriente eléctrica, envía pulsos, denominados "picos". La velocidad de reloj (también denominada ciclo),
corresponde al número de pulsos por segundo, expresados en Hertz (Hz). De este
modo, un ordenador de 200 MHz posee un reloj que envía 200.000.000 pulsos por
segundo. Por lo general, la frecuencia de reloj es un múltiplo de la frecuencia
del sistema (FSB, Front-Side
Bus o Bus de la Parte
Frontal), es decir, un múltiplo de la frecuencia de la placa madre.
Instrucciones
Una instrucción es una operación elemental que el procesador puede
cumplir.. Las instrucciones se almacenan en la memoria principal, esperando ser
tratadas por el procesador. Las instrucciones poseen dos campos:
·
el código
de operación, que representa la acción que el procesador debe
ejecutar;
·
el código
operando, que define los parámetros de la acción. El código
operando depende a su vez de la operación. Puede tratarse tanto de información
como de una dirección de memoria.
Código
de Operación
|
Campo
de Operación
|
El número de bits en una instrucción varía de
acuerdo al tipo de información (entre 1 y 4 bytes de 8 bits).
Las instrucciones pueden agruparse en distintas
categorías. A continuación presentamos algunas de las más importantes:
·
Acceso a Memoria:
acceso a la memoria o transferencia de información entre registros.
·
Operaciones Aritméticas:
operaciones tales como suma, resta, división o multiplicación.
·
Operaciones Lógicas:
operaciones tales como Y, O, NO, NO EXCLUSIVO, etc.
·
Control:
controles de secuencia, conexiones condicionales, etc.
Memoria Cache
La memoria
caché (también memoria buffer) es una memoria
rápida que permite reducir los tiempos de espera de las distintas informaciones
almacenada en la RAM (Random Access Memory o Memoria de Acceso Aleatorio). En
efecto, la memoria principal del ordenador es más lenta que la del procesador.
Existen, sin embargo, tipos de memoria que son mucho más rápidos, pero que
tienen un costo más elevado. La solución consiste entonces, en incluir este
tipo de memoria local próxima al procesador y en almacenar en forma temporal la
información principal que se procesará en él. Los últimos modelos de
ordenadores poseen muchos niveles distintos de memoria caché:
·
La Memoria
caché nivel 1 (denominada L1 Cache, por Level 1 Cache) se encuentra
integrada directamente al procesador. Se subdivide en dos partes:
·
la primera parte es la caché de instrucción, que
contiene instrucciones de la RAM que fueron decodificadas durante su paso por
las canalizaciones.
·
la segunda parte es la caché de información, que
contiene información de la RAM, así como información utilizada recientemente
durante el funcionamiento del procesador.
El tiempo de espera para acceder a las memorias
caché nivel 1 es muy breve; es similar al de los registros internos del
procesador.
·
La memoria
caché nivel 2 (denominada L2 Cache, por Level 2 Cache) se encuentra
ubicada en la carcasa junto con el procesador (en el chip). La caché nivel 2 es
un intermediario entre el procesador con su caché interna y la RAM. Se puede
acceder más rápidamente que a la RAM, pero no tanto como a la caché nivel 1.
·
La memoria
caché nivel 3 (denominada L3 Cache, por Level 3 Cache) se encuentra
ubicada en la placa madre.
Unidades Funcionales
El procesador se compone de un grupo de unidades
interrelacionadas (o unidades de control). Aunque la arquitectura del
microprocesador varía considerablemente de un diseño a otro, los elementos
principales del microprocesador son los siguientes:
·
Una unidad
de control que vincula la
información entrante para luego decodificarla y enviarla a la unidad de
ejecución:La unidad de control se compone de los siguientes elementos:
·
secuenciador (o unidad
lógica y de supervisión ),
que sincroniza la ejecución de la instrucción con la velocidad de reloj.
También envía señales de control:
·
contador ordinal,
que contiene la dirección de la instrucción que se está ejecutando actualmente;
·
registro de instrucción,
que contiene la instrucción siguiente.
·
Una unidad
de ejecución (o unidad de procesamiento),
que cumple las tareas que le asigna la unidad de instrucción. La unidad de
ejecución se compone de los siguientes elementos:
·
la unidad
aritmética lógica (se escribe ALU); sirve para la
ejecución de cálculos aritméticos básicos y funciones lógicas (Y, O, O
EXCLUSIVO, etc.);
·
la unidad
de punto flotante (se escribe FPU), que ejecuta
cálculos complejos parciales que la unidad aritmética lógica no puede realizar;
·
el registro
de estado;
·
el registro
acumulador.
·
Una unidad
de administración del bus (o unidad de entrada-salida)
que administra el flujo de información entrante y saliente, y que se encuentra
interconectado con el sistema RAM;
El
siguiente diagrama suministra una representación simplificada de los elementos
que componen el procesador (la distribución física de los elementos es
diferente a la disposición):
Canalización
Se denomina canalización a la tecnología destinada a mejorar la velocidad de
ejecución de instrucciones mediante la colocación de las diversas etapas en
paralelo.
A fin de comprender el mecanismo de canalización,
es necesario primero comprender las etapas de ejecución de una instrucción. Las
etapas de ejecución de una instrucción correspondientes a un procesador con
canalización "clásica" de 5 pasos son las siguientes:
·
RECUPERACIÓN:
(recupera la instrucción de la
caché;
·
DECODIFICACIÓN: decodifica la instrucción y busca operandos (valores de registro o
inmediatos);
·
EJECUCIÓN: ejecuta la instrucción (por ejemplo, si se trata de una instrucción ADD,
se realiza una suma, si es una instrucción SUB, se realiza una resta, etc.);
·
MEMORIA: accede a la memoria,
y escribe o recupera información desde allí;
·
POST ESCRITURA (retirar): registra el
valor calculado en un registro.
Las instrucciones se organizan en líneas en la
memoria y se cargan una tras otra.
Gracias a la canalización, el procesamiento de
instrucciones no requiere más que los cinco pasos anteriores. Dado que el orden
de los pasos es invariable (RECUPERACIÓN, DECODIFICACIÓN, EJECUCIÓN, MEMORIA,
POST ESCRITURA), es posible crear circuitos especializados para cada uno de
éstos en el procesador.
El objetivo de la canalización es ejecutar cada
paso en paralelo con los pasos anteriores y los siguientes, lo que implica leer
la instrucción (RECUPERACIÓN) mientras se lee el paso anterior
(DECODIFICACIÓN), al momento en que el paso anterior está siendo ejecutado
(EJECUCIÓN) al mismo tiempo que el paso anterior se está escribiendo en la
memoria (MEMORIA), y que el primer paso de la serie se registra en un registro
(POST ESCRITURA).
Mantenimiento de un Procesador
Todos sabemos que el
procesador es uno de las más importantes componentes de la PC, ya que este es
el cerebro de la computadora, y un mal manejo del mismo podría ser fatal y
afectar su normal funcionamiento.
Entre los
principales síntomas que se presentan cuando el procesador esta fallando se
encuentran:
·
Al encender nuestra computadora, no tenemos señal de video en el
monitor, y ya hemos descartado las otras dos posibilidades: fallas en la
tarjeta madre o fallas en la tarjeta de video, entonces el problema puede estar
en el procesador.
·
En algunas ocasiones se inicia la computadora, carga el sistema de video
y se muestra la versión de la BIOS, se inicia la rutina POST, pero pueden
aparecer letras extrañas en la pantalla y las rutinas no se completan
adecuadamente, y el sistema deja de funcionar, este caso podría ser un problema
con el procesador, ya sea por fallas de fabrica o por sobrecalentamiento y lo
han dañado, en tal situación se deberá adquirir un nuevo microprocesador.
Que debo hacer
entonces para detectar la razón del problema.
Para empezar deberás
retirar el disipador con el cooler, liberando una traba que sujeta el conjunto
al zocalo.
Retire el
microprocesador siguiendo las instrucciones que a continuación te doy:
- Al abrir el zocalo:
- Desenganche la palanca de
carga hacia abajo y extráigala del gancho para liberar la lengüeta de
retención.
- Haga girar la palanca un
poco para poder abrir la placa de carga.
- Levante el encapsulado y
remueva el procesador sosteniéndolo por los angulos.
- Examine el conjunto de
contactos del zocalo para verificar si hay material extraño, de ser así
retírelo con mucho cuidado.
- Instale la tapa protectora
del zocalo.
Revise el estado del
microprocesador y el socket siguiendo los siguientes pasos:
- Una vez retirado el
procesador, revise los contactos para asegurarse que sus pines no estén
cortados o doblados, en cuyo caso no funcionaran.
- Además si encontró elementos
extraños en el zocalo, estos podrían impedir el buen contacto con los
pines del procesador, y de estará manera evitara un correcto
funcionamiento del mismo, por lo cual se recomienda limpiarlos con aire
comprimido.
- Verifique el correcto
funcionamiento del sistema de sujeción del procesador al socket, es
probable que con el tiempo se deteriore.
- Revise y verifique el
perfecto estado del zócalo.
Si ya realizaste el
procedimiento, pudiste detectar si la causa de las corresponden a un daño
físico en alguno de los contactos del procesador o en el socket donde se
encuentra instalado.
Que precauciones
debes tomar al instalar de nuevo el microprocesador?
Instalación del
procesador:
- Ubica el encapsulado del
procesador de tal manera que coincida con la marca del triangulo del indicador
de conexión que esta en uno de los lados del socket.
- Presiona suavemente la
lengüeta de retención y separa la tapa protectora para retirarla.
- Sujeta el procesador con
cuidado y colócalo en el encapsulado en sentido vertical para evitar que
se dañen los contactos si se introduce de manera inclinada o brusca.
- Verifica la correcta conexión
del encapsulado.
- Cierre la placa de carga y
engánchela de nuevo a la lengüeta de retención de la palanca.
Que tal si de ahora
en adelante tienes en cuenta estos sencillos pero prácticos pasos para realizar
un diagnostico adecuado y acertado sobre problemas que se pueden presentar por
conflictos con el procesador, de seguro si lo haces tendrás éxito en el proceso
de detección de fallas con tu computadora.
El BIOS (sigla en inglés de basic input/output system; en
español "sistema básico de entrada y salida") es un chip que localiza
y reconoce todos los dispositivos necesarios para cargar el sistema operativo en la memoria RAM; es un pequeño circuito muy básico instalado en la placa base que permite que ésta cumpla
su cometido. Proporciona la comunicación de bajo nivel, el funcionamiento y
configuración del hardware del sistema que, como
mínimo, maneja el teclado y proporciona
una salida básica (emitiendo pitidos normalizados por el altavoz de la
computadora si se producen fallos) durante el arranque. El BIOS usualmente está
escrito en lenguaje ensamblador. El primer uso del término "BIOS" se dio en el sistema operativo CP/M, y describe la parte de CP/M que se ejecutaba durante el
arranque y que iba unida directamente al hardware (las máquinas de CP/M
usualmente tenían un simple cargador arrancable en la memoria de sólo lectura, y nada más). La mayoría de las versiones de MS-DOS tienen un
archivo llamado "IBMBIO.COM" o "IO.SYS" que es análogo al
BIOS de CP/M.
