Microprocesador

El microprocesador, o simplemente procesador, es el circuito integrado central y más complejo de una computadora u ordenador; a modo de ilustración, se le suele asociar por analogía como el "cerebro" de una computadora.
Funcionamiento
Desde el punto de vista lógico, singular y funcional, el microprocesador está compuesto básicamente por: varios registros, una unidad de control, una unidad aritmético-lógica, y dependiendo del procesador, puede contener una unidad en coma flotante.
El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios organizados secuencialmente en la memoria principal. La ejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases:

• PreFetch, pre lectura de la instrucción desde la memoria principal.
• Fetch, envío de la instrucción al decodificador
• Decodificación de la instrucción, es decir, determinar qué instrucción es y por tanto qué se debe hacer.
• Lectura de operandos (si los hay).
• Ejecución, lanzamiento de las máquinas de estado que llevan a cabo el procesamiento.
• Escritura de los resultados en la memoria principal o en los registros.

Rendimiento
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 megahertzios" 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.

Arquitectura
El microprocesador tiene una arquitectura parecida a la computadora digital. En otras palabras, el microprocesador es como la computadora digital porque ambos realizan cálculos bajo un programa de control. Consiguientemente, la historia de la computadora digital nos ayudará a entender el microprocesador. El microprocesador hizo posible la fabricación de potentes calculadoras y de muchos otros productos. El microprocesador utiliza el mismo tipo de lógica que es usado en la unidad procesadora central (CPU) de una computadora digital. El microprocesador es algunas veces llamado unidad microprocesadora (MPU). En otras palabras, el microprocesador es una unidad procesadora de datos. En un microprocesador podemos diferenciar diversas partes:

• El encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en si, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo, por oxidación por el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplaran a su zócalo a su placa base.
• La memoria cache: es una memoria ultrarrápida que emplea el micro para tener a mano ciertos datos que predeciblemente serán utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM reduciendo el tiempo de espera. Por ejemplo: en una biblioteca, en lugar de estar buscando cierto libro a través de un banco de ficheros de papel se utiliza la computadora, y gracias a la memoria cache, obtiene de manera rápida la información. Todos los micros compatibles con PC poseen la llamada cache interna de primer nivel o L1; es decir, la que está más cerca del micro, tanto que está encapsulada junto a él. Los micros más modernos (Pentium III Coppermine, athlon Thunderbird, etc.) incluyen también en su interior otro nivel de caché, más grande aunque algo menos rápida, la caché de segundo nivel o L2 e incluso memoria caché de nivel 3, o L3.
• Coprocesador Matemático: o correctamente la FPU (Unidad de coma flotante). Que es la parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos, antiguamente estaba en el exterior del procesador en otro chip. Esta parte esta considerada como una parte "lógica" junto con los registros, la unidad de control, memoria y bus de datos.
• Los registros: son básicamente un tipo de memoria pequeña con fines especiales que el micro tiene disponible para algunos usos particulares. Hay varios grupos de registros en cada procesador. Un grupo de registros esta diseñado para control del programador y hay otros que no son diseñados para ser controlados por el procesador pero que CPU los utiliza en algunas operaciones, en total son treinta y dos registros.
• La memoria: es el lugar donde el procesador encuentra las instrucciones de los programas y sus datos. Tanto los datos como las instrucciones están almacenados en memoria, y el procesador las toma de ahí. La memoria es una parte interna de la computadora y su función esencial es proporcionar un espacio de trabajo para el procesador.
• Puertos: es la manera en que el procesador se comunica con el mundo externo. Un puerto es parecido a una línea de teléfono. Cualquier parte de la circuitería de la computadora con la cual el procesador necesita comunicarse, tiene asignado un número de puerto que el procesador utiliza como un número de teléfono para llamar al circuito o a partes especiales.

La memoria RAM

Se denomina memoria a los circuitos que permiten almacenar y recuperar la información. En un sentido más amplio, puede referirse también a sistemas externos de almacenamiento, como las unidades de disco o de cinta. Memoria de acceso aleatorio o RAM (Random Access Memory) es la memoria basada en semiconductores que puede ser leída y escrita por el microprocesador u otros dispositivos de hardware. El acceso a las posiciones de almacenamiento se puede realizar en cualquier orden. 

Los chips de memoria son pequeños rectángulos negros que suelen ir soldados en grupos a unas plaquitas con "pines" o contactos. La diferencia entre la RAM y otros tipos de memoria de almacenamiento, como los disquetes o los discos duros, es que la RAM es muchísimo más rápida, y que se borra al apagar el ordenador, no como éstos.

La paridad consiste en añadir un bit adicional a cada palabra, que hace que el número de unos sea par o impar (según se emplee la paridad par o impar). Si al leer información de la memoria el bit de paridad no está de acuerdo con el número de unos se habrá detectado un error.

El sistema ECC añade un conjunto de bits a cada palabra a almacenar. La ventaja es que permite detectar errores en varios bits y además es capaz de corregir dichos errores. Estas técnicas implican añadir bits adicionales y por tanto tendrán impacto en la cantidad de memoria incorporada en cada módulo.

Características de la memoria principal (RAM)

Un sistema de memoria se puede clasificar en función de muy diversas características. Entre ellas podemos destacar las siguientes: localización de la memoria, capacidad, método de acceso y velocidad de acceso. En el caso de la memoria RAM (también denominada memoria principal o primaria) se puede realizar la siguiente clasificación:

Localización: Interna (se encuentra en la placa base)

Capacidad: Hoy en día no es raro encontrar ordenadores PC equipados con 64, 128 ó 256 Mb de memoria RAM.

Método de acceso: La RAM es una memoria de acceso aleatorio. Esto significa que una palabra o byte se puede encontrar de forma directa, sin tener en cuenta los bytes almacenados antes o después de dicha palabra (al contrario que las memorias en cinta, que requieren de un acceso secuencial). Además, la RAM permite el acceso para lectura y escritura de información.

Velocidad de acceso: Actualmente se pueden encontrar sistemas de memoria RAM capaces de realizar transferencias a frecuencias del orden de los Gbps (gigabits por segundo). También es importante anotar que la RAM es una memoria volátil, es decir, requiere de alimentación eléctrica para mantener la información. En otras palabras, la RAM pierde toda la información al desconectar el ordenador.

Cuando alguien se pregunta cuánta memoria RAM necesitará debe sopesar con qué programas va a trabajar normalmente. Si únicamente vamos a trabajar con aplicaciones de texto, hojas de cálculo y similares nos bastará con unos 32 Mb de ésta (aunque esta cifra se ha quedado bastante corta), pero si trabajamos con multimedia, fotografía, vídeo o CAD, por poner un ejemplo, hemos de contar con la máxima cantidad de memoria RAM en nuestro equipo (128-256 Mb o más) para que su funcionamiento sea óptimo, ya que estos programas son auténticos devoradores de memoria. Hoy en día no es recomendable tener menos de 64 Mb, para el buen funcionamiento tanto de Windows como de las aplicaciones normales, ya que notaremos considerablemente su rapidez y rendimiento, pues generalmente los equipos actuales ya traen 128 Mb o 256 Mb de RAM.

Según los tipos de conectores que lleve la memoria, al conjunto de éstos se les denominan módulos, y éstos a su vez se dividen en:

• SIMM (Single In-line Memory Module): Pequeña placa de circuito impreso con varios chips de memoria integrados. Se fabrican con diferentes velocidades de acceso capacidades (4, 8, 16, 32, 64 Mb) y son de 30 ó 72 contactos. Se montan por pares generalmente.
• DIMM: Son más alargados, cuentan con 168 contactos y llevan dos muescas para facilitar su correcta colocación. Pueden montarse de 1 en 1.

Tipos de memoria DRAM

• FPM (Fast Page Mode): Memoria muy popular, ya que era la que se incluía en los antiguos 386, 486 y primeros Pentium. Alcanza velocidades de hasta 60 ns. Se encuentra en los SIMM de 30 contactos y los posteriores de 72.
• EDO (Extended Data Output): La memoria EDO, a diferencia de la FPM que sólo podía acceder a un solo byte al tiempo, permite mover un bloque completo de memoria a la memoria caché del sistema, mejorando así las prestaciones globales. De mayor calidad, alcanza velocidades de hasta 45 ns. Se encuentra en los Pentium, Pentium Pro y primeros Pentium II en SIMM de 72 contactos y en los primeros DIMM de 168 contactos, funcionando a 5 y 3,3 voltios.
• BEDO (Burst Extended Data Output): Diseñada originalmente para los chipset HX, permite transferir datos al procesador en cada ciclo de reloj, aunque no de forma continuada, sino a ráfagas, reduciendo los tiempos de espera del procesador, aunque sin conseguir eliminarlos del todo.
• SDRAM (Synchronous DRAM): Memoria asíncrona que se sincroniza con la velocidad del procesador, pudiendo obtener información en cada ciclo de reloj, evitando así los estados de espera que se producían antes. La SDRAM es capaz de soportar las velocidades del bus a 100 y 133 MHz, alcanzando velocidades por debajo de 10 ns. Se encuentra en la práctica mayoría de los módulos DIMM de 168 contactos.
• PC-100 DRAM: Es un tipo de memoria SDRAM que cumple unas estrictas normas referentes a calidad de los chips y diseño de los circuitos impresos establecidas por Intel. El objetivo es garantizar un funcionamiento estable en la memoria RAM  a velocidades de bus de 100 MHz.
• PC-133 DRAM: Muy parecida a la anterior y de grandes exigencias técnicas para garantizar que el módulo de memoria que la cumpla funcione correctamente a las nuevas velocidades de bus de 133 MHz que se han incorporado a los últimos Pentium III.
• DRDRAM (Direct Rambus DRAM): Es un tipo de memoria de 64 bits que alcanza ráfagas de 2 ns, picos de varios Gbytes/sg y funcionan a velocidades de hasta 800 MHz. Es el complemento ideal para las tarjetas gráficas AGP, evitando los cuellos de botella entre la tarjeta gráfica y la memoria principal durante el acceso directo a memoria para el manejo de las texturas gráficas.
• DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM o SDRAM II): Un tipo de memoria SDRAM mejorada que podía alcanzar velocidades de hasta 200 MHz. Cuenta con mecanismos para duplicar las prestaciones obtenidas a la velocidad del reloj del sistema. Fue soportada por ciertos chipset Socket 7, pero al no ser apoyada por Intel no está demasiado extendida.
• ESDRAM (Enhanced SDRAM): Incluye una pequeña memoria estática en el interior del chip SDRAM. Con ello, las peticiones de ciertos accesos pueden ser resueltas por esta rápida memoria, aumentando las prestaciones. Se basa en un principio muy similar al de la memoria caché utilizada en los procesadores.
• SLDRAM (SyncLink DRAM): Se basa, al igual que la DRDRAM, en un protocolo propietario, que separa las líneas CAS, RAS y de datos. Los tiempos de acceso no dependen de la sincronización de múltiples líneas, por lo que este tipo de memoria promete velocidades superiores a los 800 MHz, ya que además puede operar al doble de velocidad del reloj del sistema.

Memoria SRAM

Es la abreviatura de Static Random Access Memory y es la alternativa a la DRAM. No precisa de tanta electricidad como la anterior para su refresco y movimiento de las direcciones de memoria, por lo que funciona más rápida, aunque tiene un elevado precio. Hay de tres tipos:

• Async SRAM: La memoria caché de los antiguos 386, 486 y primeros Pentium, asíncrona y con velocidades entre 20 y 12 ns.
• Sync SRAM: Es la generación siguiente, capaz de sincronizarse con el procesador y con una velocidad entre 12 y 8,5 ns.
• Pipelined SRAM: Se sincroniza también con el procesador, pero tarda en cargar los datos más que la anterior, aunque una vez cargados accede a ellos con más rapidez. Opera a velocidades entre 8 y 4,5 ns.

Memoria Tag RAM

este tipo de memoria almacena las direcciones de memoria de cada uno de los datos de la DRAM almacenados en la memoria caché del sistema. Así, si el procesador requiere un dato y encuentra su dirección en la Tag RAM, va a buscarlo inmediatamente a la caché, lo que agiliza el proceso.

Memoria de acceso aleatorio

Tecnologías de memoria
La tecnología de memoria actual usa una señal de sincronización para realizar las funciones de lectura-escritura de manera que siempre esta sincronizada con un reloj del bus de memoria, a diferencia de las antiguas memorias FPM y EDO que eran asíncronas. Hace más de una década toda la industria se decantó por las tecnologías síncronas, ya que permiten construir integrados que funcionen a una frecuencia superior a 66 MHz (A día de hoy, se han superado con creces los 1600 Mhz).

SDR SDRAM

Memoria síncrona, con tiempos de acceso de entre 25 y 10 ns y que se presentan en módulos DIMM de 168 contactos. Fue utilizada en los Pentium II y en los Pentium III , así como en los AMD K6, AMD Athlon K7 y Duron. Está muy extendida la creencia de que se llama SDRAM a secas, y que la denominación SDR SDRAM es para diferenciarla de la memoria DDR, pero no es así, simplemente se extendió muy rápido la denominación incorrecta. El nombre correcto es SDR SDRAM ya que ambas (tanto la SDR como la DDR) son memorias síncronas dinámicas. Los tipos disponibles son:

• PC100: SDR SDRAM, funciona a un máx de 100 MHz.
• PC133: SDR SDRAM, funciona a un máx de 133 MHz.

DDR SDRAM

Memoria síncrona, envía los datos dos veces por cada ciclo de reloj. De este modo trabaja al doble de velocidad del bus del sistema, sin necesidad de aumentar la frecuencia de reloj. Se presenta en módulos DIMM de 184 contactos en el caso de ordenador de escritorio y en módulos de 144 contactos para los ordenadores portátiles. Los tipos disponibles son:

• PC2100 o DDR 266: funciona a un máx de 133 MHz.
• PC2700 o DDR 333: funciona a un máx de 166 MHz.
• PC3200 o DDR 400: funciona a un máx de 200 MHz.

DDR2 SDRAM

SDRAM DDR2.

Las memorias DDR 2 son una mejora de las memorias DDR (Double Data Rate), que permiten que los búferes de entrada/salida trabajen al doble de la frecuencia del núcleo, permitiendo que durante cada ciclo de reloj se realicen cuatro transferencias. Se presentan en módulos DIMM de 240 contactos. Los tipos disponibles son:

• PC2-4200 o DDR2-533: funciona a un máx de 533 MHz.
• PC2-5300 o DDR2-667: funciona a un máx de 667 MHz.
• PC2-6400 o DDR2-800: funciona a un máx de 800 MHz.
• PC2-8600 o DDR2-1066: funciona a un máx de 1066 MHz.

DDR3 SDRAM

Las memorias DDR 3 son una mejora de las memorias DDR 2, proporcionan significantes mejoras en el rendimiento en niveles de bajo voltaje, lo que lleva consigo una disminución del gasto global de consumo. Los módulos DIMM DDR 3 tienen 240 pines, el mismo número que DDR 2; sin embargo, los DIMMs son físicamente incompatibles, debido a una ubicación diferente de la muesca. Los tipos disponibles son:

• PC3-8600 o DDR3-1066: funciona a un máx de 1066 MHz.
• PC3-10600 o DDR3-1333: funciona a un máx de 1333 MHz.
• PC3-12800 o DDR3-1600: funciona a un máx de 1600 MHz.

RDRAM (Rambus DRAM)

Memoria de gama alta basada en un protocolo propietario creado por la empresa Rambus, lo cual obliga a sus compradores a pagar regalías en concepto de uso. Esto ha hecho que el mercado se decante por la tecnología DDR, libre de patentes, excepto algunos servidores de grandes prestaciones (Cray) y la consola PlayStation 3. La RDRAM se presenta en módulos RIMM de 184 contactos.

DDR3

Es un tipo de memoria RAM. Forma parte de la familia SDRAM de tecnologías de memoria de acceso aleatorio, que es una de las muchas implementaciones de la SDRAM.
El principal beneficio de instalar DDR3 es la habilidad de hacer transferencias de datos cuatro veces más rápido, lo que permite obtener velocidades de transferencia y velocidades de bus más altas que las versiones DDR2 anteriores. Sin embargo, no hay una reducción en la latencia, la cual es proporcionalmente más alta. Además la DDR3 permite usar integrados de 512 MB a 8 GB, siendo posible fabricar módulos de hasta 16 GiB. También proporciona significativas mejoras en el rendimiento en niveles de bajo voltaje, lo que lleva consigo una disminución del gasto global de consumo.

RDRAM

La RDRAM es un tipo de memoria síncrona, conocida como Rambus DRAM. Éste es un tipo de memoria de siguiente generación a la DRAM en la que se ha rediseñado la DRAM desde la base pensando en cómo se debería integrar en un sistema.
El modo de funcionar de estas memorias es diferente a las DRAM, cambios producidos en una serie de decisiones de diseño que no buscan solo proporcionar un alto ancho de banda, sino que también solucionan los problemas de granularidad y número de pins. Este tipo de memoria se utilizó en el sistema de videojuegos Nintendo 64 de Nintendo y otros aparatos de posterior salida.

SLDRAM

Funcionará a velocidades de 400MHz, alcanzando en modo doble 800MHz, con transferencias de 800MB/s, llegando a alvcanzar 1,6GHz, 3,2GHz en modo doble, y hasta 4GB/s de transferencia. Se cree que puede ser la memoria a utilizar en los grandes servidores por la alta transferencia de datos. Su problema, al igual que en la DDR SDRAM es la falta de apoyo por parte de Intel. SIEMENS y MICRON van a empezar a producir memoria SLDRAM. Se esperan los primeros módulos de este tipo de memoria para principios de 1998.

SRAM

Static Random Access Memory (SRAM), o Memoria Estática de Acceso Aleatorio es un tipo de memoria basada en semiconductores que a diferencia de la memoria DRAM, es capaz de mantener los datos (mientras esté alimentada) sin necesidad de circuito de refresco (no se descargan). Sin embargo, sí son memorias volátiles, es decir que pierden la información si se les interrumpe la alimentación eléctrica.