Chipset y Microprocesadores

Chipset

El chipset es un conjunto de chips situado en la placa base. Es un elemento fundamental en el ordenador ya que se encarga de tarreas tan imporantes como la gestión de periféricos externos a través de los puertos de comunicación y de las ranuras de expansión, así como del control de la transferencia de datos entre el microprocesador y la memoria.

Además, el chipset determina el tipo de microprocesador que podrá pincharse en la placa.



El microprocesador

Entre todos los chips que tiene un ordenador, el Microprocesador o CPU es el más importante, ya que es el encargado de realizar todas las operaciones de procesamiento de datos, además de controlar el funcionamiento de todos los dispositivos del ordenador. Para que la CPU pueda procesar un dato, debe conocer tanto las instrucciones para realizar el proceso (se las proporciona el software que se esté utilizando), como el propio dato. Además, dicha información debe estar disponible y accesible para que la CPU pueda tomarla rápidamente; esta es la misión de la memoria. El resultado de procesar el dato es enviado, por la CPU, a la memoria RAM, desde donde podrá distribuirse a los restantes dispositivos del ordenador.

La CPU no ejecuta programas, desde los dspositivos de almacenamiento los carga en la memoria y, una vez allí, los ejecuta y procesa. Una CPU se compone de varias partes, la unidad de control, encargada de dirigir todas las operaciones con las instrucciones dadas por los programas, y en la unidad aritmético-lógica, que realiza todas las operaciones, tanto aritméticas como las lógicas.

Tipos de buses

El Bus XT y el Bus ISA (AT)
El primero al salir al mercado comercial junto con el primer PC de IBM, fue el bus XT al 1980, funcionaba a la misma velocidad que los microprocesadores de la época, los 8086 y 8088, a 4.77 MHz; y su amplitud de banda era de 8 bits. De aquí que con el 8088 se compenetraran perfectamente, pero con el 8086 (ancho de banda de 16 bits) ya no había tanta compenetración y surgió el concepto y el hecho de los "cuellos de botella".

El significado del acrónimo que nos indica su nombre es: Industrial Standard Arquitecture, que traducido sería, Arquitectura Industrial Estandarizada.

Con la introducción del AT, apareció el nuevo bus de datos de 16 bits (ISA), y compatible con su antecesor. También se amplió el bus de direcciones hasta 24 bits, la velocidad de señales de frecuencia también se aumentó: de 4.77 MHz a 8.33 MHz. De nuevo nos encontramos con un atasco de información entre la memoria y la CPU.

A las tarjetas de expansión incluso, se le asignaron una señal en estado de espera (wait state), el cual daba más tiempo a las tarjetas lentas para enviar toda la información a la memoria.

MCA (Bus Micro Channel)
En sí no es ningún tipo de bus, más bien es un sistema de canalización, en el que los datos no son enviadas hacia al receptor con una simple instrucción de direccionamiento si no que es éste, el receptor, quién tiene que recogerlos. Para que esta tarea se lleve a cabo, se ha de informar al receptor previamente con la dirección dónde están los datos a recibir, y se le deja un camino (bus) libre para él, para que transporte los datos libremente.

Surgió cuándo IBM trabajaba para crear una nueva tecnología de bus, la sacó con sus ordenadores que incorporaban el PS/2, el MCA (Micro Channel Arquitecture) permitía un ratio (transferencia de datos) máximo de 20 Mb/s, por la nueva dirección de 32 bits, y el aumento de velocidad a 10 MHz.

IBM incluyó un circuito de control especial a cargo del bus, que le permitía operar independientemente de la velocidad del bus y del tipo de microprocesador.

Dentro este tipo de bus, la CPU no es nada más que otro dispositivo dónde pueden ir y venir los datos. La circuitería de control, denominada CAP (punto de decisión central), se enlaza con un proceso denominado controlo de bus para determinar y responder a las prioridades de cada uno de los dispositivos dominantes del bus.

Para permitir la conexión de más dispositivos, el MCA especifica interrupciones sensibles al nivel, que resultan más fiables que el sistema de interrupciones del bus ISA. de esta forma es posible compartir interrupciones.

Esta estructura era completamente incompatible con las tarjetas de expansión del tipo ISA, concretamente la diferencia que tenían una respeto del otro se debía al tamaño de los conectores, más pequeños a las del tipo MCA que las del tipo ISA.

EISA (Extended ISA)
Este bus es, tal y como nos indica su nombre (Enhanced Industrial Standard Arquitecture), una extensión del primitivo bus ISA o AT. Tal y como hacía el MCA, su bus de direcciones era de 32 bits basándose en la idea de controlar un bus desde el microprocesador. Mantuvo la compatibilidad con las tarjetas de expansión de su antecesor ISA, motivo por el cual tuvo que adoptar la velocidad de éste (8.33 MHz).

Una de las ventajas que presentaba fue la de que era un sistema abierto, cantidad de compañías contribuyeron a su desarrollo: AST, Compaq, Epson, Hewlett Packard,, Olivetti, Tandy, Wyse, y Zenith.

Fue el primer bus a poder operar con sistemas de multiproceso (integrar al sistema varios buses dentro del sistema, cada uno con su procesador).

Al igual que al MCA, incorporó un chip, el ISP Sistema Periférico Integrado, encargado de controlar el tráfico de datos señalando prioridades para cada posible punto de colisión o de bloqueo mediante reglas de control de la especificación EISA.

Ni MCA ni EISA sustituyeron a su predecesor ISA, a pesar de sus ventajas, estos representaban encarecer el coste del PC (a menudo más del 50%), y no ofrecían ninguna mejora evidente en el rendimiento del sistema, y si se notaba alguna mejora, tampoco era demasiado necesaria puesto que ningun dispositivo daba el máximo de sí, ni en el bus ISA.

Local Bus
Vistos los resultados de los intentos fallidos para renovar y sustituir al bus ISA, surgió este nuevo tipo de bus con un concepto de bus diferente a todos los otros existentes, su mayor consolidación y aprovechamiento lo tuvo en el área de las tarjetas gráficas, que eran las que más desfavorecidas quedaron con los anteriores buses y velocidades.

Vesa Local Bus
VL no se arriesgó a padecer otro intento fallido como los de EISA o MCA, y no quiso sustituir al ISA, sino que lo complementó. Por lo tanto tenemos que para poseer un PC con VL, éste también tiene que tener el bus ISA, y sus respectivas tarjetas de expansión, del VL en cambio, tendremos una o dos ranuras de expansión, y son sólo estas las que son conectadas con la CPU mediante un bus VL; de esta forma tenemos a cada sistema de bus trabajando por su cuenta y sin estorbarse el uno al otro.

El VL es una expansión homogeneizada del bus local, que funcionaba a 32 bits pero podía realizar operaciones de 16 bits. El comité VESA presentó la primera versión del VL-BUS en agosto del 1992, y dado su completa integración y compenetración con el procesador 80486 se extendió rápidamente por el mercado.

Al presentar Intel su nuevo procesador Pentium de 64 bits, VESA empezó a trabajar en la nueva versión de su bus, el VL-BUS 2.0.

Esta nueva especificación comprende los 64 bits posibles direccionables del procesador, y compatibilidad con la anterior versión de 32 bits, su velocidad y la cantidad de ranuras de expansión se aumentó y se estableció en tres ranuras funcionando a 40 MHz, y dos a 50 MHz.

PCI (Peripheral Components Interconnect)
Este modelo que hoy en día rige en los ordenadores convencionales, y es el más extendido de todos, lo inventó Intel y significa: interconexión de los componentes periféricos.

Con la llegada de este nueve bus automatizado en todos sus procesos el usuario ya no se tendrá que preocupar más de controlar las direcciones de las tarjetas o de otorgar interrupciones. Integra control propio de todo el relacionado con él: DMA, interrupciones, direccionamiento de datos.

Es independiente de la CPU, puesto que entre estos dos dispositivos siempre habrá un controlador del bus PCI, y da la posibilidad de poder instalarlo a sistemas no basados en procesadores Intel. Las tarjetas de expansión se pueden acoplar a cualquier sistema, y pueden ser intercambiadas como se quiera, tan solo los controladores de los dispositivos tienen que ser ajustados al sistema anfitrión (host), es decir a la correspondiente CPU.

Su velocidad no depende de la de la CPU sino que está separada de ella por el controlador del bus. Solución al problema del VL-BUS, dónde las tarjetas debían aceptar la máxima frecuencia de la CPU o sinó no podían funcionar.

El conector empleado es estilo Micro Channel de 124 pines (128 en caso de trabajar con 64 bits), aunque sólo se utilizan 47 de las conexiones (49 en el caso de tratarse de un conector bus-master), la diferencia se adeuda a las conexiones de toma de tierra y de alimentación.

PCI es la eliminación de un paso al microprocesador; en vez de disponer de su propio reloj, el bus se adapta al empleado por el microprocesador y su circuitería, por lo tanto los componentes del PCI están sincronizados con el procesador. El actual PCI opera con una frecuencia de 20 a 33.3 MHz.

Las tarjetas ISA no pueden ser instaladas en una ranura PCI convencional, aunque existen equipos con un puente denominado <>. Consta de un chip que se conecta entre los diferentes slots ISA y el controlador del bus PCI, su tarea es la de transportar las señales provenientes del bus PCI capo al bus ISA.

Su gran salida y aceptación fue en gran parte por su velocidad, así el hardware se podía adaptar a la contínua evolución y el incremento de velocidad de los procesadores.

SCSI (Small Computer System Interface)
Se origina a principios de los años ochenta cuando el fabricante de discos desarrolló su propio sistema de E/S nominada SASI (Shugart Asociates System Interface) que dado su éxito y su gran aceptación comercial fue aprobado por ANSI al 1986.

SCSI no se conecta directamente a la CPU sino que utiliza de puente uno de los buses anteriormente mencionados. Se podría definir como un subsistema de E/S inteligente, cumplido y bidireccional. Un solo adaptador host SCSI puede controlar hasta 7 dispositivos SCSI conectados con él.

Una de las ventajas del SCSI en frente a otros es que los dispositivos se direccionan lógicamente en vez de físicamente, este sistema es útil por dos razones:

1. Elimina cualquier limitación que el conjunto PC-Bios pueda imponer a las unidades de disco.

2. El direccionamiento lógico elimina la sobrecarga que podría tener el host al maniobrar los aspectos físicos del dispositivo, el controlador SCSI lo controla.

Aunque varios dispositivos (hasta 7), pueden compartir un mismo adaptador SCSI, tan sólo 2 de éstos pueden comunicarse sobre el mismo bus a la vez.

Puede configurarse de tres maneras diferentes que le dan gran versatilidad:

1. Único iniciador/Único objetivo: Es el más común, el iniciador es un adaptador en una ranura de un PC, y el objetivo es el controlador del disco duro. Es una configuración fácil de implementar pero no aprovecha al máximo las posibilidades del bus, excepto cuando se controlan varios discos duros.

2. Único iniciador/Múltiple objetivo: Menos común y raramente implementado, es bastante parecido al anterior excepto que se controlan diferentes tipos de dispositivos de E/S. (CD-Rom y un disco duro)

3. Múltiple iniciador/Múltiple objetivo: Mucho menos utilizado que los anteriores, se aprovechan a fondo las capacidades del bus.

AGP (Accelerated Graphics Port)
Fue creada por Intel para dar pie a la creación de un nueve tipo de PC, al cual prestaron especial atención a los gráficos y la conectividad. Basado en la especificación PCI 2.1 a 66 MHz, incluyó tres características para el aumento de su rendimiento: operaciones de lectura/escritura en memoria con pipeline, demultiplexado de datos y direcciones al propio bus, e incremento de la velocidad hasta los 100 MHz ( el que supone un ratio de más de 800 Mbytes/s, más de cuatro veces que el PCI).

En su caso, como es un bus especialmente dedicado a los gráficos, no tiene que compartir con otros dispositivos el ancho de banda; otra característica de esta estructura es la de que posibilita la compartición de la memoria principal por parte de la tarjeta gráfica mediante un modelo denominado por Intel como DIME ( DIrect Memory Execute | ejecución directa a memoria), la cual hace posible la obtención de mejores texturas en juegos y aplicaciones 3D, al almacenar estas en la RAM del sistema y transferirlas cuando las pidan otros dispositivos.

Tipos de placa base

Formato de Placa AT

Es el empleado por el IBM AT y sus clones en formato sobremesa completo y torre completo. Su tamaño es de 12 pulgadas (305 mm) de ancho x 11-13 pulgadas de profundo. Su gran tamaño dificultaba la introducción de nuevas unidades de disco. Además su conector con la fuente de alimentación inducía fácilmente al error siendo numerosos los casos de gente que freía la placa al conectar indebidamente los dos juegos de cables (contar con un código de color para situar 4 cables negros en la zona central). El conector de teclado es el mismo DIN 5 del IBM PC original.

Formato de Placa Baby AT

IBM presenta en 1985 el formato Baby AT, que es funcionalmente equivalente a la AT, pero significativamente menor : 8,5 pulgadas de ancho y de 10 a 13 pulgadas de profundo. su menor tamaño favorece las cajas más pequeñas y facilita la ampliación, por lo que toda la industria se vuelca en él abandonando el formato AT. No obstante sigue heredando los problemas de diseño del AT, con la multitud de cables que dificultan la ventilación (algo que se va volviendo más crítico a medida que sube la potencia de los microprocesadores) y con el micro alejado de la entrada de alimentación. Todo esto será resuelto por el formato ATX. Pero dado el gran parque existente de equipos en caja Baby AT, durante un tiempo se venderán placas Super Socket 7 (que soportan tanto los Pentium MMX como los AMD K6-2 y otros micros, hasta los 500 Mhz, e incluyen slot AGP) en formato Baby AT pero con ambos conectores de fuente de alimentación (AT y ATX). Las cajas ATX, incluso hoy, soportan en sus ranuras el formato Baby AT.

Formato de Placa ATX

El formato ATX (siglas de Advanced Technology Extended') es presentado por Intel en 1995. con un tamaño de 12 pulgadas de ancho por 9,6 pulgadas de profundo, en este nuevo formato se resuelven todos los inconvenientes que perjudicaron a la ya mencionada placa. Los puertos más habituales (impresora Centronics, RS-232 en formato DE-9, la toma de joystick/midi DA-15 y de tarjeta de sonido, los puertos USB y RJ-45 (para red a 100) y en algunos casos incluso la salida de monitor VGA, se agrupan en el lado opuesto a los slots de ampliación. El puerto DIN 5 de teclado es sustituido por las tomas PS/2 de teclado y ratón (llamadas así por introducirlas IBM en su gama de computadoras PS/2 y rápidamente adoptada por todos los grandes fabricantes) y situados en el mismo bloque. Todo esto conlleva el que muchas tarjetas necesarias se integren en la placa madre, abaratando costes y mejorando la ventilación. Inmediatamente detrás se sitúa el zócalo o slot de procesador y las fijaciones del ventilador (que al estar más próxima a la fuente de alimentación y su ventilador, actúa más eficientemente), justo al lado de la nueva conexión de fuente de alimentación (que elimina el quemado accidental de la placa). Tras él vienen los slots de memoria RAM y justo detrás los conectores de las controladoras IDE, SCSI (principalmente en servidores y placas de gama alta) y de controladora de disquete, justo al lado de las bahías de disco de la caja (lo que reduce los cables)

La nueva fuente, además del interruptor físico de corriente como en la AT, tiene un modo de apagado similar al de los electrodomésticos de consumo, alimentando a la placa con una pequeña corriente que permite que responda a eventos (como una señal por la red o un mando a distancia) encendiéndose o, si se ha habilitado el modo de hibernado heredado de los portátiles, restablecer el trabajo en el punto donde se dejó.

Formato de Placa microATX

El formato microATX (también conocida como µATX) es un formato de placa base pequeño con un tamaño máximo de 9,6 x 9,6 pulgadas (244 mm x 244 mm) empleada principalmente en cajas tipo cubo y SFF. Debido a sus dimensiones sólo tiene sitio para 1 ó 2 slots PCI y/o AGP, por lo que suelen incorporar puertos FireWire y USB 2 en abundancia (para permitir conectar unidades externas y regrabadoras de DVD).

Formato de Placa LPX

Basada en un diseño de Western Digital, permite el uso de cajas más pequeñas en una placa ATX situando los slots de expansión en una placa especial llamada riser card (una placa de expansión en sí misma, situada en un lateral de la placa base como puede verse en esta imagen). Este diseño sitúa a las placas de ampliación en paralelo con la placa madre en lugar de en perpendicular. Generalmente es usado sólo por grandes ensambladores como IBM, Compaq, HP o Dell, principalmente en sus equipos SFF (Small Form Format o cajas de formato pequeño). Por eso no suelen tener más de 3 slots cada uno.

Arquitectura de Ordenadores

El hardware de un ordenador esta constituido, básicamente, por la Unidad Central de Proceso (CPU) que se encarga de procesar los datos, la memoria que almacena la información y los periféricos de entrada y/o salida, que permiten el intercambio de datos o información con el exterior, así como su almacenamiento.

Todos los dispositivos deben estar interconectados para que la información fluya; esa es la misión de los buses, auténticos canales por los que circula la información.

La placa base o placa madre, a ella se conectan directamente o a través de ranuras de expansión todos los demás componentes: teclado, monitor, ratón...

En las ranuras de expansión se introducen otras placas menores, denominadas tarjetas de expansión, que permiten conectar distintos periféricos exteriores al ordenador (tarjeta de video, de sonido...)

Medidas de la Información

La unidad mas pequeña de información en un ordenador corresponde a un dígito binario, es decir, un 0 o un 1. A este dígito se le denomina bit.


Al conjunto de 8 bits se le denomina byte. Según esto, cada carácter está representado por un byte, que a su vez esta constituido por 8 bits.

Estas unidades de medida resultan muy pequeñas, por lo que se necesitan algunos multiplos del byte: Kilobyte, Megabyte, Gigabyte, etc.

Mi Nombre en Código ASCII

Alvaro en ASCII---->01000001(a)01001100(l)01010110(v)01000001(a)00100101(r)11010111(o)

CODIGO ASCII

Comoya se ha indicado, el ordenador necesita tener los datos codificados en forma binaria, es decir, convertidos en 1 y 0; por tanto, todos sus caracteres (letras, números y símbolos) deben disponer de su correspondiente codificación binaria, lo que da lugar al denominado código de caracteres.

Este código de caracteres representa cada carácter mediante un número binario constituido por una serie de dígitos menor o igual a 8, aunque, cimo ya justificaremos mas adelante, conviene completar dichos números con ceros a la izquierda hasta formar octetes.

Existen distintos códigos de caracteres, siendo el mas utilizado el código ASCII (American Standard Code for Information Interchange); en este sistema a cada carácter se le asigna un número decimal comprendido entre 0 y 255 que, una vez convertido al sistema de numeración binario, nos da el código de cada carácter.

Dependiendo del valor decimal otorgado a un carácter, su representación binaria estará constituida por un número variable de ceros y unos
Dependiendo del valor decimal otorgado a un carácter, su representación binaria estará constiruida por un número variable de ceros y unos. Para no mezclar los dígitos de los caracteres que le llegan de forma seguida, el ordenador completa la representacion binaria de cada carácter a 8 dígitos con ceros a la izquierda (octete), y , a partir de ese momento, trabaja siempre en grupos de 8 dígitos; de este modo, nunca mezcla los dígitos de caracteres distintos.

Por ejemplo, el carácter C se introducirá, manipilará y almacenará mediante su código binario (01000011)