Procesador'

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:

1. Al abrir el zocalo:
1. Desenganche la palanca de carga hacia abajo y extráigala del gancho para liberar la lengüeta de retención.
2. Haga girar la palanca un poco para poder abrir la placa de carga.
2. Levante el encapsulado y remueva el procesador  sosteniéndolo por los angulos.
3. Examine el conjunto de contactos del zocalo para verificar si hay material extraño, de ser así retírelo con mucho cuidado.
4. Instale la tapa protectora del zocalo. 

Revise el estado del microprocesador y el socket siguiendo los siguientes pasos:

1. Una vez retirado el procesador, revise los contactos para asegurarse que sus pines no estén cortados o doblados, en cuyo caso no funcionaran.
2. 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.
3. Verifique el correcto funcionamiento del sistema de sujeción del procesador al socket, es probable que con el tiempo se deteriore.
4. 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:

1. 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.
2. Presiona suavemente la lengüeta de retención y separa la tapa protectora para retirarla.
3. 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.
4. Verifica la correcta conexión del encapsulado.
5. 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.