ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS UNIDAD 4

UNIDAD 4 EL CHIPSET, SU EVOLUCIÓN Y LA CAPACIDAD DE UNA COMPUTADORA

4.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS PRIMEROS CHIPSETS

¿Qué es el Chipset?

    Se trata de dos complejos circuitos integrados, que forman parte de la tarjeta principal (motherboard), los cuales apoyan en ciertas funciones al procesador, ya que gestionan y adecuan de manera independientemente diversos componentes del equipo de cómputo, liberando al CPU de estas actividades, por lo tanto definen en gran medida las capacidades del sistema en general.

    Suele ser el intermediario entre el procesador y el resto de componentes. Estos datos viajan a través del llamado FSB(Front-side bus) primero y luego llegan al chip que los controla. De ahí que su velocidad sea de considerable importancia.

¿Cuál es la función del Chipset?

  El Chipset se encarga de entablar la conexión correcta entre la placa madre y diversos componentes esenciales de la PC, como lo son el procesador, las placas de video, las memorias RAM y ROM, entre otros.

Características  de los primeros chipsets. 

La aparición de Intel en el mercado de los chipsets ocurrió con sus procesadores 386 y 486. La primera placa base fabricada íntegramente por Intel para los procesadores 386 y 486 soportaba el bus EISA.

La serie 420 de chipsets (los que eran para el 486) fueron los primeros en introducir la arquitectura North/South Bridge. Esta arquitectura consiste en dividir la implementación del chipset en tres chips: el chip norte, el chip sur y el chip de entrada/salida. 

La década de los 90 trajo a AMD (Advance Micro Devices – Micro Dispositivos Avanzados), una compañía norteamericana afincada en California. AMD tenía la ventaja frente a los demás desarrolladores de disponer de su propia planta de fabricación de chips, lo que concedía cierta autonomía. En 1975 AMD hizo una copia de microprocesador Intel 8080 mediante técnicas de ingeniería inversa, al cual nombró como AMD 9080.

Los tipos de chipset

Chipset Northbridge

También llamado “Puente norte”, es el encargado de interconectar el microprocesador y la memoria RAM, controlando todas las tareas de acceso entre estos elementos y los puertos PCI y AGP. Al mismo tiempo, el Northbridge mantiene una comunicación permanente con el Southbridge.

Chipset Southbridge

Conocido también como puente sur, se encarga de comunicar el procesador con todos los periféricos conectados al equipo.

Asimismo, su función también reside en controlar los diversos dispositivos que se hallan asociados a la motherboard, como los puertos USB, interfaces I/O, unidades ópticas, discos rígidos, y un largo etcétera.

4.2 LAS MEJORAS EN LA EVOLUCIÓN DE LOS CHIPSETS

IGP 3x0, Mobility Radeon 7000 IGP - Primeros chipsets de ATI. Incluye un procesador de gráficos 3D compatible con DirectX 7

9100 IGP. Sistema de segunda generación de chipsets. IXP250 southbridge. ATI se destacó al completar el primer chipset propio para placas madre.Xpress 200/200P - Chipsets PCI Express hechos para Athlon 64 y Pentium 4. Soporta SATA.

Xpress 3200 .Similar a la Xpress 200, pero diseñado para un óptimo rendimiento de CrossFire. AMD 580X CrossFire chipset - edición AMD del renombrado 3200 Xpress, debido a la adquisición de AMD.

 690G, Xpress 1250. Para las plataformas AMD e Intel. Incluye procesador gráficos DirectX 9

 Chipset AMD serie 700 - exclusivamente para procesadores AMD, este chipset es un fenomenal apoyo a la familia y a los entusiasta de la plataforma de procesadores Quad FX (790FX).

 INTEL P35 EXPRESS CHIPSET. Este chipset  está destinado a remplazar al actual chipset P965, sus novedades , soporte para los procesadores Intel Core2 Duo e Intel Core 2 Quad, soporte tanto para memorias DDR2 como DDR3, soporte para FSB de 1333Mhz como máximo nominal, aunque también soporta FSB de 800/1066Mhz.

El P35 está destinado a mejorar la performance del P965, mejorando además el soporte para tecnologías Multi-GPU especialmente para AMD/ATI CrossFire

Intel G33 Express Chipset: El G33 es una versión reducida del P35, además incorpora video integrado, está destinado principalmente a los fabricantes de computadores OEM, lo que no quita que los fabricantes de placas madres tengas sus respectivos modelos, de hecho los tendrán, sino quien les vende a los OEM aparte de Intel.

4.3 LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS CHIPSETS ACTUALES

AMD 740G chipset (ATI Radeon 2100 graphics) (RS740) -AMD 780V chipset (ATI Radeon 3100 graphics) (RS780C) -AMD 780G chipset (ATI Radeon HD 3200 graphics (RS780G)

El 740G se caracteriza por tener características muy atractivas debido a que está basado en el antiguo 690G, aunque con algunas pequeñas mejoras. El chipset 690G trajo consigo un rendimiento sorprendente, aunque el SB600 hacía que no fuera del todo perfecto.

635 Express: Intel Core II con los ICH8R o ICH8DH tecnología inter de virtualización 1.1 con 8 Gb de ancho de banda.

X38 Express: Core II duo e Core II quak, Pci express 2.0, 16 Gb de ando de banda, gráficos 16x

P956 Express: Compatible con Core II duo, Intel Pentium D y con tecnología H4 Intel Celeron zócalo LGA775 futuro procesador 3.5 veces en ancho de banda en interfaz AGP8x

X58 Express: Tecnologia Quick-Path compatibilidad Core i7-965, i7-940 express 2.0 de 16 GB/s 22 ITS Tequila Arquitectura de Computadoras

G41 Express: Compatibilidad Core II duo e Intel Core II quack es PCI express 1.1 y 8Gb/s para gráficos 3D 

4.4 DESEMPEÑO DE LAS COMPUTADORAS ACTUALES

•Se entiende rendimiento de un sistema como la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en un determinado tiempo. Es inversamente proporcional al tiempo, es decir, cuanto mayor sea el tiempo que necesite, menor será el rendimiento.

•Los computadores ejecutan las instrucciones que componen los programas, por lo tanto el rendimiento de un computador está relacionado con el tiempo que tarda en ejecutar los programas. De esto se deduce que el tiempo es la medida del rendimiento de un computador.

•El rendimiento del procesador puede ser medido de distintas maneras, hasta hace pocos años se creía que la frecuencia de reloj era una medida precisa, pero ese mito, conocido como  mito de los mega hertzios se ha visto desvirtuado por el hecho de que los procesadores no han requerido frecuencias más altas para aumentar su potencia de cómputo.

•Durante los últimos años esa frecuencia se ha mantenido en el rango de los 1,5 GHz a 4 GHz, dando como resultado procesadores con capacidades de proceso mayores comparados con los primeros que alcanzaron esos valores. Además la tendencia es a incorporar más núcleos dentro de un mismo encapsulado para aumentar el rendimiento por medio de una computación paralela, de manera que la velocidad de reloj es un indicador menos fiable aún. De todas maneras, una forma fiable de medir la potencia de un procesador es mediante la obtención de las Instrucciones por ciclo.

UNIDAD 3 BUSES Y PUERTOS ESTÁNDAR

3.1 BUSES Y TRANSFERENCIA DE INFORMACIÓN

BUS DE DATOS

Estructura de un bus

Un bus es un medio compartido de comunicación constituido por un conjunto de líneas (conductores) que conecta las diferentes unidades de un computador.

Un bus es un camino de comunicación entre dos o más dispositivos. Una característica clave de un bus es que se trata de un medio de transmisión compartido.

La unidad que inicia y controla la transferencia se conoce como máster del bus para dicha transferencia, y la unidad sobre la que se realiza la transferencia se conoce como slave.

Líneas de información básica.

Las utiliza el máster para definir los dos elementos principales de una transferencia, el slave y los datos. Se dividen, pues, en dos grupos: direcciones y datos. (Conecta las diferentes unidades de un computador.)

TIPOS DE BUSES POR TECNOLOGÍA

En forma muy general existen tres tipos de buses, de acuerdo a la función que realizan.

1. Bus de direcciones

Este es un bus unidireccional debido a que la información fluye es una sola dirección, de la CPU a la memoria o a los elementos de entrada y salida. Cada una de estas direcciones corresponde a una localidad de la memoria o dispositivo de  E/ S.

2. Bus de datos 

Es un sistema en el cual tenemos una transferencia digital entre los distintos componentes y dispositivos presentes en un equipo

Está conformado por una gran cantidad de cables o circuitos que están "impresos" en los distintos dispositivos, con un diseño específico dado por el fabricante y para cada funcionalidad determinada.

3. Bus de control

Este conjunto de señales se usa para sincronizar las actividades y transacciones con los periféricos del sistema. Las señales más importantes en el bus de control son las señales de cronómetro, que generan los intervalos de tiempo durante los cuales se realizan las operaciones. Dependen directamente del tipo del microprocesador.

SEÑALES DE CONTROL

• Escritura de Memoria: Hace que el dato del bus se describa en la posición direccionada.
• Lectura de Memoria: Hace que el dato de la posición direccionada se situé en el bus.
• Escritura de E/S: Hace que el dato del bus se transfiera a través del puerto de entrada y salida direccionado.
• Lectura de E/S: Hace que el dato del puerto de E/S direccionado se situé en el bus.
• Transferencia Reconocida: Indica que el dato sea aceptado o sea situado en el bus.

3.2 EVOLUCIÓN DE LOS BUSES Y EL TAMAÑO DEL DATO

PRIMERA GENERACIÓN

Los primeros computadores tenían 2 sistemas de buses, uno para la memoria y otro para los demás dispositivos. La CPU tenía que acceder a dos sistemas con instrucciones para cada uno, protocolos y sincronizaciones diferentes.

Entre las implementaciones más conocidas, están los buses Bus S-100 y el Bus ISA usados en varios ordenadores de los 70’s y 80’s.

SEGUNDA GENERACIÓN

Cuando los procesadores empezaron a funcionar con frecuencias más altas, se hizo necesario ordenar los buses de acuerdo a su frecuencia: se crearon los buses de sistema, es la conexión entre el procesador y la RAM, y de buses de expansión, haciendo necesario el uso de un Chipset para conectar todo el sistema.

El bus Nubus fue un gran avance ya que tenía un controlador propio y permitía utilizarlo en diferentes arquitecturas. Se caracterizaba por tener un ancho de 32 bits y algunas opciones Plug and Play. Entre otros ejemplos de estos buses autónomos, están el AGP y el bus PCI.

TERCERA GENERACIÓN

Los buses de la tercera generación son los actuales, se caracterizan por tener conexiones punto a punto.

Cada dispositivo puede tratar las características de enlace al inicio de la conexión y en algunos casos de manera dinámica, al igual que sucede en las redes de comunicaciones. Por ejemplo están los buses , el Infiniband y el HyperTransport.

3.3 TIPOS DE PUERTOS ESTÁNDAR

PUERTOS ESTÁNDAR

Puerto es una forma genérica de denominar a una interfaz a través de la cual los diferentes tipos de datos se pueden enviar y recibir. Dicha interfaz puede ser de tipo físico, o puede ser a nivel de software (por ejemplo, los puertos que permiten la transmisión de datos entre diferentes ordenadores) (ver más abajo para más detalles), en cuyo caso se usa frecuentemente el término puerto lógico.

Puerto serie (Puerto serial o puerto de comunicación COM)

Es una interfaz de comunicaciones entre ordenadores y periféricos el cual envía Y recibe información BIT por BIT, entre los puertos seriales se puede Mencionar el puerto de los antiguos modelos de teclados y módems.

Puertos PCI (Peripheral  ComponentInterconnect)

Son ranuras de expansión en las que se conectan tarjetas de sonido, de vídeo, de red,etc.

Puerto PCI-Express (3GIO, 3rd Generation I/O)

Usa los conceptos de programación y los estándares de comunicación existentes basados en un sistema de comunicación serie mucho más rápido que PCI y AGP.

Puertos de memoria

Son aquellos puertos en donde se puede agrandar o extender la memoria de la computadora.

Puerto de rayos infrarrojos

Sirven para conectarse con otros dispositivos que cuenten con infrarrojos sin la necesidad de cables, los infrarrojos son como el Bluetooth.

Puerto Universal Serial Bus (USB) Permite conectar 127 dispositivos e incluyen al menos dos puertos USB1.1, o puertos USB 2.0.  Sirve para muchos periféricos, desde ratones, discos duros externos, hasta conexión bluetooth.

Puertos Físicos

Son aquellos como el puerto "paralelo" de una computadora.

En este tipo de puertos Se puede llegar a conectar:

· Un monitor.

· La impresora.

· El escáner

Puertos inalámbricos

Las conexiones en este tipo de puertos se hacen sin necesidad de cables, a través de la conexión entre un emisor y un receptor, utilizando ondas electromagnéticas.

Puerto Paralelo

Este puerto de E/S envía datos en formato paralelo (donde 8 bits de datos, forman un byte, y se envían simultáneamente sobre ocho líneas individuales en un solo cable.)

Puertos PS/2: Son en esencia puertos paralelos, se utilizan para conectar pequeños periféricos a la PC.

EJEMPLO:

PUERTOS SERIAL

PUERTO SERIAL

Un puerto serie es una interfaz de comunicaciones entre ordenadores y periféricos en donde la información es transmitida bit a bit enviando un solo bit a la vez (en contraste con el puerto paralelo que envía varios bits a la vez). El puerto serie por excelencia es el RS-232 que utiliza cableado simple desde 3 hilos hasta 25 y que conecta ordenadores o micro controladores a todo tipo de periféricos, desde terminales a impresoras y módem pasando por ratones.

3.4 ENTRADA Y SALIDA DE DATOS A DISPOSITIVOS PERIFÉRICOS

El papel que juegan los dispositivos periféricos de la computadora es esencial, ya que sin tales dispositivos la computadora no sería útil a los usuarios.

Los dispositivos periféricos nos ayudan a introducir a la computadora los datos para que esta nos ayude a la resolución de problemas y por consiguiente obtener el resultado de dichas operaciones, es decir; estos dispositivos nos ayudan a comunicarnos con la computadora, para que esta a su vez nos ayude a resolver los problemas que tengamos y realice las operaciones que nosotros no podamos realizar manualmente.

Los Dispositivos de Entrada:

Estos dispositivos permiten al usuario del computador introducir datos, comandos y programas en el CPU. El dispositivo de entrada más común es un teclado similar al de las máquinas de escribir. La información introducida con el mismo, es transformada por el ordenador en modelos reconocibles. Los datos se leen de los dispositivos de entrada y se almacenan en la memoria central o interna. Los Dispositivos de Entrada, convierten la información en señales eléctricas que se almacenan en la memoria central.

Los Tipos de Dispositivos de Entrada Más Comunes Son:

a) Teclado: El teclado es un dispositivo eficaz para introducir datos no gráficos como rótulos de imágenes asociados con un despliegue de gráficas. Los teclados también pueden ofrecerse con características que facilitan la entrada de coordenadas de la pantalla, selecciones de menús o funciones de gráficas.

b) Ratón o Mouse: Es un dispositivo electrónico que nos permite dar instrucciones a nuestra computadora a través de un cursor que aparece en la pantalla y haciendo clic para que se lleve a cabo una acción determinada; a medida que el Mouse rueda sobre el escritorio, el cursor (Puntero) en la pantalla hace lo mismo. Tal procedimiento permitirá controlar, apuntar, sostener y manipular varios objetos gráficos (Y de texto) en un programa.

c) Micrófono: Los micrófonos son los transductores encargados de transformar energía acústica en energía eléctrica, permitiendo, por lo tanto el registro, almacenamiento, transmisión y procesamiento electrónico de las señales de audio. Son dispositivos duales de los altoparlantes, constituyendo ambos transductores los elementos más significativos en cuanto a las características sonoras que sobre imponen a las señales de audio.

d) Scanner: Es una unidad de ingreso de información. Permite la introducción de imágenes gráficas al computador mediante un sistema de matrices de puntos, como resultado de un barrido óptico del documento. La información se almacena en archivos en forma de mapas de bits (bit maps), o en otros formatos más eficientes como Jpeg o Gif.

e) Cámara Digital: se conecta al ordenador y le transmite las imágenes que capta, pudiendo ser modificada y retocada, o volverla a tomar en caso de que este mal.

Los Dispositivos de Salida:

Estos dispositivos permiten al usuario ver los resultados de los cálculos o de las manipulaciones de datos de la computadora. El dispositivo de salida más común es la unidad de visualización (VDU, acrónimo de Video Display Unit), que consiste en un monitor que presenta los caracteres y gráficos en una pantalla similar a la del televisor.

Los tipos de Dispositivos de Salida más Comunes Son:

a) Pantalla o Monitor: Es en donde se ve la información suministrada por el ordenador.

b) Impresora: es el periférico que el ordenador utiliza para presentar información impresa en papel.

c) Altavoces: Dispositivos por los cuales se emiten sonidos procedentes de la tarjeta de sonido.

d) Auriculares: Son dispositivos colocados en el oído para poder escuchar los sonidos que la tarjeta de sonido envía.

e) Bocinas: Cada vez las usa más la computadora para el manejo de sonidos, para la cual se utiliza como salida algún tipo de bocinas.

Unidad 2 Memorias

2.1 Organización básica

La memoria: Es la parte de un computador encargada de almacenar la información que éste maneja. En ella se guardan tanto los programas como los datos implicados en la ejecución de los mismos.

Según el acceso a los datos:

• De acceso aleatorio. Se puede acceder directamente a cualquier dirección de memoria.    El tiempo de acceso es el mismo para cualquier dirección de memoria. Ejemplo: la RAM (Random Access Memory).

MEMORIA RAM

• De acceso secuencial. Para acceder a una posición (o dirección) de memoria hay que pasar linealmente por todas las anteriores. El tiempo de acceso depende de la dirección de la palabra de memoria a la que se acceda. Ejemplo: cinta magnética. 

CINTA MAGNÉTICA

Según las operaciones permitidas sobre la memoria:

*De sólo lectura. En estas memorias sólo están permitidas operaciones de lectura. Ejemplo: ROM (Read Only Memory), PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (Electrically-erasable Programmable ROM).

*De lectura y escritura. Pueden ser leídas y escritas.

Según el tipo de lectura:

*De lectura destructiva. Al leer el contenido de una posición de memoria, la información almacenada desaparece. Se precisa una regeneración del contenido, después de cada lectura.

*De lectura no destructiva. La lectura no provoca la pérdida de la información almacenada. Casi totalidad de las memorias centrales modernas pertenecen a este grupo.

Según la estabilidad de la información almacenada:

*Volátiles. La información almacenada en la memoria se pierde al cortar la alimentación. Ejemplo: RAM.

*No volátiles. Retienen la información aún sin alimentación, el contenido es memorizado sin consumo energético. Ejemplo: ROM.

Según la tecnología de las celdas de memoria:

•Dinámicas (DRAM). Esta memoria necesita ser restaurada millares de veces por segundo para no perder su contenido. Cada celda de memoria se basa en un condensador.

•Estáticas (SRAM). Esta memoria no necesita ser restaurada, lo que la hace más rápida; pero es también más costosa que la DRAM. Cada celda de memoria se basa en un biestable. 

Según el soporte físico de almacenamiento:

•Eléctrico.

a)Memorias de semiconductores estáticas (bi-estables) y dinámicas (condensadores).

•Magnético.

a)Disquetes.

DISQUETE

•Óptico.

a)CD y DVD.

CD

•Mecánico.

a)Tarjetas perforadas.

TARJETAS PERFORADAS

Ubicación en el computador.

*Interna (CPU): registros, cache(L1), cache(L2), cache(L3), memoria principal.

*Externa (E/S): discos, cintas, etc.

2.2 Acceso a los datos y temporización

Canal de acceso directo a la memoria denominada DMA (Direct Memory Access por sus siglas en inglés).

El canal DMA es un acceso a una ubicación RAM en el ordenador, al que una "Dirección de Inicio RAM" y una "Dirección de Fin" hacen referencia. Este método permite que un periférico utilice canales especiales que le den acceso directo a la memoria, sin involucrar al microprocesador. Esto permite que el microprocesador se libere de la necesidad de hacer este trabajo.

Un ordenador tipo PC cuenta con 8 canales DMA. Los primeros cuatro canales DMA poseen 8 bits mientras que los DMA que van del cuarto al séptimo poseen 16 bits. 

Normalmente, los canales DMA se asignan de la siguiente manera:

·         DMA0 - libre.

·         DMA1 - (tarjeta de sonido)/ libre.

·         DMA2 - controlador de disquetes.

·         DMA3 - puerto paralelo (puerto de la impresora).

·         DMA4 - controlador del acceso directo a la memoria (redirigido a DMA0).

·         DMA5 - (tarjeta de sonido)/ libre.

·         DMA6 - (SCSI)/ libre.

·         DMA7 – disponible.

Temporización.

Reloj del Sistema

El reloj de una computadora se utiliza para dos funciones principales:

·     Para sincronizar las diversas operaciones que realizan los diferentes subcomponentes del sistema informático.

·      Para saber la hora. El reloj físicamente es un circuito integrado que emite una cantidad de pulsos por segundo, de manera constante. Al número de pulsos que emite el reloj cada segundo se llama Frecuencia del Reloj.

·    La frecuencia del reloj se mide en Ciclos por Segundo, también llamados Hertzios, siendo cada ciclo un pulso del reloj. Como la frecuencia del reloj es de varios millones de pulsos por segundo se expresa habitualmente en Megaherzios.

2.3. TIPOS DE MEMORIA.

Existen 3 tipos de memoria que se comunican directamente con la unidad central de procesamiento. La memoria de acceso aleatoria (RAM) y la memoria de solo lectura (ROM). La  memoria RAM puede aceptar nueva información para ser almacenada y quedar disponible para utilizarse después.

A pesar de que existen dos tipos de memoria básicos (RAM, ROM), y además él cache, cada una de ellas tiene variedades que complican el entendimiento pero mejoran los procesos.

Memorias Rom

La memoria de solo lectura es un dispositivo de lógica programable.  La información binaria que está almacenada es un dispositivo de lógica programable debe especificarse de alguna manera y después incorporarse al Hardware. Este proceso se conoce como programación de la unidad. El término programación se refiere a que un procedimiento de Hardware que especifica los bits que se insertan en la configuración del Hardware del dispositivo.

Tipos:

1.    Rom

2.    Prom

3.    Eprom

4.    EEprom 

Memorias Ram

La memoria principal o RAM (acrónimo de Random Access Memory, Memoria de Acceso Aleatorio) es donde el ordenador guarda los datos que está utilizando en el momento presente. Se llama de acceso aleatorio porque el procesador accede a la información que está en la memoria en cualquier punto sin tener que acceder a la información anterior y posterior. Es la memoria que se actualiza constantemente mientras el ordenador está en uso y que pierde sus datos cuando el ordenador se apaga.

1)    RAM Dinámicas

Tipos:

a)    DRAM

b)    FPRAM

c)    EDO RAM

d)    BEDO RAM

e)    SDRAM

f)     RAMBUS RAM

g)    DDR RAM

2)    RAM Estáticas

Tipos:

a)    SRAM Sincrónica

b)    SRAM Burst

c)    SRAM Pipeline

Referencias: 

http://www.itescam.edu.mx/portal/asignatura.php?clave_asig=IFD-1006&carrera=INF-2010-220&id_d=60