Instalación y configuración de computadores, redes y periféricos. José María López López Dpto. de Informática de la Universidad de Oviedo

Transcripción

1 : El hardware Objetivo de de los la computadores asignatura personales El objetivo principal de esta asignatura es capacitar al alumno para la realización de labores de mantenimiento del hardware y firmware del computador. Pág. 1

2 : El hardware de los computadores personales 1.1 Introducción Descripción de los elementos hardware de los computadores. Usamos el PC como ejemplo. Elementos hardware: Caja y fuente de alimentación, placa base, procesador, refrigeradores, módulos de memoria, unidad de disco flexible, unidad de disco duro, unidad óptica (CD,DVD), teclado, dispositivo apuntador (ratón), tarjeta de vídeo, pantalla, tarjeta de sonido, altavoces, tarjeta de red, tarjetas controladoras varias (controladora SCSI, Firewire, etc.), tarjeta capturadora de vídeo, cables varios, tornillería, etc. Todos los elementos anteriores están definidos por especificaciones. Las especificaciones aseguran la compatibilidad. Pág. 2

3 : El hardware de los computadores personales 1.1 Introducción(continuación) La tecnología tiene un periodo de validez breve => la asignatura se basará en conceptos lo más persistentes que sea posible. En este tema se tratan los elementos que constituyen el corazón hardware del PC : Procesador (o CPU). Disipadores de calor. Módulos de memoria. Placa base. Caja y fuente de alimentación. Lo que constituye el corazón del PC es discutible. El disco duro no es lo suficientemente importante para incluirlo? En temas sucesivos de tratarán los demás elementos hardware del PC. Pág. 3

4 : El hardware de los computadores personales 1.2 El procesador La elección de componentes es una tarea muy ardua. La elección del procesador restringe mucho las opciones. Criterios básicos de selección del procesador: Rendimiento. Coste. Consumo de energía. El peso de los criterios depende del tipo de computador: Uso intensivo de la CPU o labores de servidor=> Importa mucho el rendimiento, el coste es menos importante y el consumo de energía suele ignorarse. Equipos de sobremesa típicos => Importa mucho el coste. El rendimiento y el consumo de energía son menos importantes. Pág. 4

5 : El hardware de los computadores personales 1.2 El procesador (continuación) Equipos portátiles => Importa mucho el consumo de energía. El rendimiento y el coste son menos importantes. Los fabricantes de CPUs suelen fabricar 4 líneas de productos: Performance (prestaciones elevadas). Ej: Pentium Xeon de Intel y Opteron de AMD. Mainstream (prestaciones medias). Ej: Pentium D de Intel y Athlon 64 de AMD. Value (bajo coste). Ej: Celeron de Intel y Sempron de AMD. Mobile (portátil). Ej: Intel Core Solo y Turion 64 de AMD. NOTA IMPORTANTE: No todo es Intel y AMD, ni todo es PC. Pág. 5

6 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores Se trata de resumir las características de los procesadores mediante unos parámetros numéricos, de tal forma que sea sencillo comparar dos procesadores. Dentro de los parámetros destacan: Tecnología de fabricación, número de transistores, núcleo incorporado, capacidad de ejecución multihilo, tensión de alimentación, frecuencia de reloj, ancho de los registros de la CPU, velocidad de transferencia, ancho del bus de direcciones, tamaño de las caches, velocidad de las caches, encapsulado, juegos de instrucciones avanzadas que soporta, consumo de energía y precio. Veremos en detalle cada uno de los parámetros anteriores. Pág. 6

7 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores (continuación) Tecnología de fabricación Mínima distancia entre dos elementos integrados en la pastilla de silicio. Cuanto menor es la distancia, más pequeños son los transistores y por lo tanto son más rápidos y disipan menos energía. Las tecnologías de fabricación más habituales a día de hoy son 90 nm (nanometros) y 65 nm. A medida que disminuye la distancia aparecen problemas tecnológicos. Además, el coste de desarrollo se incrementa exponencialmente => Las nuevas tecnologías están sólo al alcance de los gigantes del sector. Pág. 7

8 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores (continuación) Número de transistores de la CPU Los transistores dentro de la CPU son como las líneas de código de un programa. Cuantos más transistores hay disponibles, más funcionalidad se puede implementar. Un mayor número de transistores no implica necesariamente mejores características. Depende de lo bien o mal que se usen. Está íntimamente relacionado con la tecnología de fabricación. Con las mejoras de fabricación, los transistores son más pequeños y por lo tanto caben más en la misma superficie. Por ejemplo, el dado del Intel Core 2 Duo tiene una superficie de 142 mm 2 y 291 millones de transistores. En la actualidad se emplean 6 transistores por celda de cache. 2 MBytes de cache => 100 millones de transistores!!!! Pág. 8

9 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores (continuación) Tensión de alimentación Muy relacionada con el tamaño de los transistores y por lo tanto con la tecnología de fabricación. Cuanto más pequeños son los transistores, menores son las tensiones necesarias para que desempeñen su trabajo. En general, tensiones menores implican menor consumo de energía por transistor. En la práctica, la disipación de energía es proporcional a la tensión de alimentación al cubo. La frecuencia de trabajo máxima del transistor es proporcional a la tensión de alimentación. En la actualidad con la tecnología de 65 nm, la tensión de alimentación es de aproximadamente 1,25 V. Pág. 9

10 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores (continuación) El núcleo (core) Los núcleos más modernos implementan la misma o mayor funcionalidad y proporcionan un mayor rendimiento. Los fabricantes suelen dar un nombre a los núcleos. Por ejemplo, el Pentium M ha evolucionado comenzando con el núcleo Banias, Dothan y acabando con el Yonah. Los fabricantes implementan diferentes familias de núcleos, dependiendo del segmento de mercado al que van dirigidos. Los núcleos nuevos provienen de mejoras de organización y mejoras en la tecnología de fabricación. Por ejemplo, el núcleo Dothan emplea tecnología de 90 nm, mientras que el Yonah emplea tecnología de 65 nm. El núcleo incorporado nos permite comparar procesadores que se venden con el mismo nombre comercial. Pág. 10

11 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores (continuación) Capacidad de ejecución multihilo Los procesadores tradicionales ejecutan un único hilo. El sistema operativo (SO) crea la ilusión multihilo con cambios de contexto. En la actualidad se implementan dos tipos de capacidades de ejecución multihilo: Multihilo simultáneo. Permite ejecutar hilos adicionales aprovechando unidades hardware que no están siendo usadas por el primer hilo. Por ejemplo, la tecnología Hyperthreading de Intel permite la ejecución de hasta 2 hilos (requiere soporte de la BIOS, del chipset y del SO). Múltiple núcleo. El dado del procesador contiene dos o más núcleos conectados internamente. Se tiene un multiprocesador dentro del procesador. Por ejemplo, el Athlon 64 X2 de AMD y el Pentium D de Intel contienen ambos dos núcleos. Pág. 11

12 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores (continuación) Frecuencia de reloj Suele expresarse en megahercios (MHz) o gigahercios (GHz). Indica el número de ciclos por segundo del reloj de la CPU. Muy relacionada con el rendimiento para un mismo núcleo, pues en este caso mayor frecuencia => mayor rendimiento. Ej: un Athlon 64 con núcleo San Diego a 2,8 GHz es más rápido que un Athlon 64 con el mismo núcleo a 2,2 GHz. No permite comparar el rendimiento de CPUs con diferente microarquitectura. Ej: los procesadores Pentium 4 trabajan a mayores frecuencias que los procesadores Athlon 64, lo cual no quiere decir que los Pentium 4 sean más rápidos. Pág. 12

13 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores (continuación) Ancho de los registros Indica si una CPU es de 8, 16, 32 o 64 bits. Se refiere al tamaño de los registros enteros en bits. Los registros de coma flotante de una CPU de 32 bits son habitualmente de tamaño mayor de 64 bits. Coincide con el tamaño de los buses internos de la CPU. Hasta hace poco, la mayor parte de las CPUs de PC eran de 32 bits, compatibles IA-32 (x86). Han aparecido CPUs de 64 bits para el mundo PC (hace más de 10 años que habían aparecido en servidores y estaciones de trabajo avanzadas). La arquitectura de 64 bits que se ha impuesto es la AMD64, totalmente compatible con la IA-32. Ej: Opteron. Intel ha sacado posteriormente la EM64T, casi un clon de la AMD64. Pág. 13

14 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores (continuación) Velocidad de transferencia Se trata de la velocidad con la que la CPU se comunica con su entorno. Todas las CPUs de Intel y unas pocas de AMD se comunican a través del Front Side Bus (FSB) con el resto del computador. En la actualidad, la frecuencia de reloj del FSB más habitual en los PCs de sobremesa es 200 MHz. En el mejor de los casos, en cada ciclo de reloj se pueden transferir 4 datos, de ahí que se venda como FSB 800 MHz. Cada dato está formado por 64 bits, lo que supone una velocidad de transferencia máxima teórica de 6,4 Gbytes/segundo. La mayor parte de las CPUs de AMD se comunican utilizando la tecnología HyperTransport. Se trata de canales punto a punto síncronos, capaces de transmitir dos datos de 16 bits en cada ciclo de reloj, tanto en un sentido como en el otro. Pág. 14

15 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores Velocidad de transferencia (continuación) El siguiente enlace proporciona información sobre CPUs con múltiples núcleos y la tecnología Direct Connect de AMD. En esta tecnología, la conexión de componentes se hace a través de canales con tecnología hypertransport. Pág. 15

16 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores (continuación) Ancho del bus de direcciones Se trata del número de bits de direcciones físicas de la CPU. Indica la máxima cantidad de memoria física que se puede usar. Las CPUs x86 de 32 bits actuales tienen 36 líneas de direcciones => un máximo de 2 36 = 64 Gbytes de memoria física. Los procesadores de 64 bits de AMD (casi todos a día de hoy) tienen 40 bits de direcciones físicas => un máximo de 2 40 = 1 Tbyte (terabyte) de memoria física. Algunos procesadores de 64 bits de Intel siguen manteniendo no obstante, los 36 bits de direcciones. Pág. 16

17 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores (continuación) Tamaño de las caches Las caches mejoran los tiempos de acceso a memoria. En general, una mayor capacidad de cache es beneficiosa para el rendimiento. La mayor parte de las CPUs de PC actuales incorporan dos niveles de caché dentro del mismo chip de la CPU: una cache L1 unida a la CPU y una cache L2 entre la L1 y la memoria principal. La cache L1, con un tamaño entre 32 KBytes y 128 Kbytes, está dividida en una cache de código y una cache de datos para permitir accesos simultáneos a código y datos. El tamaño de las caches L2 oscila entre los 512 KBytes y los 4 Mbytes. La cache L2 es unificada para código y datos. Los procesadores Pentium 4 Extreme Edition incorporan un tercer nivel de cache, L3. Pág. 17

18 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores (continuación) Velocidad de las caches No sólo importa el tamaño de las caches, sino su velocidad. Empleando la misma tecnología, una cache mayor suele ser una cache más lenta. La velocidad de una cache se suele expresar en función de su latencia y su velocidad de transferencia. La latencia es el tiempo necesario para acceder al primer dato. Por ejemplo, la cache L1 de datos de un Pentium 4 Northwood tenía una latencia de 2 ciclos (de reloj de la CPU), mientras que la del Pentium 4 Prescott tenía una latencia de 4 ciclos. Esto se explica en parte, teniendo en cuenta que la cache L1 de datos de un Pentium 4 Northwood tenía un tamaño de 8 Kbytes, frente a los 16 Kbytes del Prescott. La velocidad de transferencia indica los bytes por segundo que puede leer o escribir durante una ráfaga. Pág. 18

19 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores (continuación) Encapsulado La CPU no se suelda a la placa base sino que está unida a la placa base a través de un zócalo. Por qué? El empleo de zócalos (sockets) de conexión permite conectar diferentes CPUs a la placa base, o cambiar fácilmente una CPU estropeada. Los zócalos más empleados actualmente son del tipo PGA (con pines) y LGA (sin pines). Se trata en ambos casos de zócalos de tipo Zero Insertion Force (ZIF). Por ejemplo, los Pentium 4 suelen usar un zócalo LGA 775, que contiene 775 contactos. Los procesadores de AMD de gama baja usan un zócalo tipo PGA de 754 pines y el resto un zócalo tipo PGA de ó 940 pines Pág. 19

20 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores Encapsulado (continuación) LGA 775 Socket 939 Pág. 20

21 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores (continuación) Juegos de instrucciones avanzadas Se añaden a la arquitectura IA-32 básica para mejorar el rendimiento en ciertas tareas o añadir nuevas funciones. Extensiones de 64 bits: AMD64 y EM64T. Extensiones para la virtualización. Extensiones SIMD (Single Instruction Multiple Data). Tienen su principal aplicación en aplicaciones de procesamiento de imágenes y sonido. Ej: MMX, SSE, 3DNow! Las extensiones SIMD permiten que una instrucción trabaje con vectores en lugar de escalares. Ej: una única instrucción puede sumar las componentes (Red, Green, Blue) de dos pixels. Para aprovechar el potencial de las extensiones es necesario que los programas hayan sido compilados empleando las mismas. Pág. 21

22 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores (continuación) Consumo de energía Las CPUs disipan en forma de calor toda la energía que consumen. Se trata de un parámetro básico en el caso de portátiles. Los procesadores tipo mobile están diseñados para trabajar a tensiones de alimentación y frecuencias menores que los de sobremesa. Para una misma tecnología de fabricación, la disipación de energía crece rápidamente con la frecuencia. El núcleo de los procesadores se ajusta para reducir sensiblemente el consumo de energía, sacrificando lo mínimo posible el rendimiento. También se puede ajustar el diseño del transistor para reducir la disipación a costa de la velocidad. Los procesadores mobile modernos incorporan técnicas que detectan la actividad de la CPU. En momentos de baja actividad automáticamente reducen la frecuencia de reloj y la tensión de alimentación. Por ejemplo, la tecnología SpeedStep de Intel. Pág. 22

23 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los procesadores (continuación) Coste El coste está relacionado fundamentalmente con el rendimiento y el consumo de energía. Como norma general, en el caso de los ordenadores de sobremesa debe huirse de los procesadores más avanzados. Como norma general, en el caso de los ordenadores portátiles, para un rendimiento dado interesa pagar un poco más por un procesador que reduzca sensiblemente el consumo de energía. Ver la especificación de una CPU Pág. 23

24 : El hardware de los computadores personales Selección del procesador Tener en cuenta la gama (sobremesa, servidor, portátil, etc.) El rendimiento es un factor importante. En la actualidad tanto Intel como AMD indican un número que hace referencia al rendimiento. Por ejemplo, el Athlon es más potente que el Athlon El rendimiento depende de la aplicación (científica, multimedia, ofimática, etc.), por lo que se recomienda la consulta de pruebas realizadas con benchmarks por empresas independientes. El coste del procesador debe tenerse en cuenta junto con el coste de las placas base que lo incorporan. Debe tenerse en cuenta que los procesadores de gama más alta proporcionan un pequeño incremento de rendimiento en comparación al incremento de coste asociado. Pág. 24

25 : El hardware de los computadores personales 1.3 El sistema de refrigeración La refrigeración es un elemento clave en los computadores actuales, especialmente los de altas prestaciones. Cuando el calor generado es relativamente bajo se emplean disipadores en contacto con el elemento a refrigerar. La figura muestra un disipador de cobre. Los de aluminio, de color plateado, refrigeran peor pero son más baratos. Los hay con base de cobre y aletas de aluminio. aletas base La parte inferior de la base se une al elemento a disipar con una pasta conductora de calor Pág. 25

26 : El hardware de los computadores personales 1.3 El sistema de refrigeración (continuación) La refrigeración anterior era pasiva, pues se llevaba a cabo por convección natural. En muchos casos la cantidad de calor a disipar es tan importante que es necesaria convección forzada, empleando ventiladores que enfrían el disipador (ver figura). Otra posibilidad es el empleo de refrigeración líquida, la cual tiene el inconveniente del coste y el riesgo de posibles fugas de líquido. Pág. 26

27 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los refrigeradores Se trata de resumir las características de los refrigeradores mediante unos parámetros numéricos, de tal forma que sea sencilla la elección correcta. Ignoramos los refrigeradores líquidos por su elevado coste y escasa implantación actual. Dentro de los parámetros destacan: Características mecánicas, material del disipador, velocidad del ventilador, flujo de aire del ventilador, presión de aire del ventilador, nivel de ruido del ventilador, resistencia térmica, vida del ventilador, conexiones eléctricas, capacidad de regulación y precio. Pág. 27

28 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los refrigeradores (continuación) Características mecánicas Largo, ancho, alto y peso. Indican además el tipo de zócalo. Ej: socket LGA 775. Material del disipador Aluminio (plateado), cobre (rojizo) o combinación de ambos. El cobre es mejor que el aluminio, pues su resistencia térmica es menor => desaloja mejor el calor. Los de cobre son más caros. Es posible combinar el cobre y aluminio: base o núcleo de cobre y aletas de aluminio. Pág. 28

29 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los refrigeradores (continuación) Velocidad del ventilador Suele expresarse en revoluciones por minuto (rpm). A mayor velocidad, mayor flujo de aire que enfría el disipador y menor temperatura del dispositivo a refrigerar. Flujo de aire del ventilador Indica el volumen de aire por unidad de tiempo que inyecta el ventilador al disipador. Suele venir dado en Cubic Feet per Minute (CFM), o pies cúbicos por minuto. El flujo de aire es proporcional a la velocidad de giro del ventilador. Cuanto mayor es el flujo de aire, más enfría el disipador y más frío se encuentra el dispositivo a refrigerar. Pág. 29

30 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los refrigeradores (continuación) Presión de aire del ventilador Presión del aire que inyecta el ventilador sobre el disipador, con respecto a la atmosférica. Suele medirse en milímetros de columna de agua (mm H2O). A mayor presión, mayor densidad del aire, mayor es el enfriamiento del disipador y por lo tanto menor es la temperatura del elemento a refrigerar. Pág. 30

31 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los refrigeradores (continuación) Resistencia térmica del refrigerador Es el parámetro que resume todas las características térmicas anteriores (material del disipador, velocidad del ventilador, flujo de aire y presión del aire). Relaciona la temperatura del elemento a refrigerar con la temperatura ambiente. Suele expresarse en grados centígrados por vatio (ºC/W). Por ejemplo, si una CPU disipa 60 W y la resistencia térmica es de 0,3 ºC/W, resulta que la CPU se encuentra a una temperatura 0,3 x 60 = 18 ºC por encima de la temperatura dentro de la caja. Si la temperatura dentro de la caja es de 35 ºC, la CPU tiene entonces una temperatura de 53 ºC. Cuanto menor es la resistencia térmica del refrigerador, menor es la temperatura del elemento a enfriar. Pág. 31

32 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los refrigeradores (continuación) Nivel de ruido del ventilador Es un parámetro especialmente importante en el caso de los ordenadores de sobremesa. El ruido es producido por las variaciones de presión que el ventilador transmite al ambiente. Se incrementa notablemente con la velocidad de giro del ventilador. El nivel de ruido suele medirse en decibelios, db(a). La A indica que el medidor tiene en cuenta la sensibilidad del oído humano. Percibimos mejor los ruidos de alta frecuencia que los de baja frecuencia. Por encima de los 25 decibelios el ruido empieza a ser molesto. Otra unidad cada vez más usado son los sones. Pág. 32

33 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los refrigeradores (continuación) Vida del ventilador El ventilador sufre un desgaste mecánico por el continuo movimiento de rotación. Los fabricantes suelen indicar un periodo de vida en horas o un tiempo medio entre fallos (Mean Time Between Failures, MTBF). Es un parámetro de nombre engañoso, difícil de comprobar, por lo que casi es mejor fijarse en los años de garantía que proporciona el fabricante. Conexiones eléctricas Los ventiladores necesitan energía eléctrica para poder girar, que obtienen de un conector de la placa base. En la actualidad disponen de un medidor de velocidad interno que permite conocer su velocidad en todo momento. Si el ventilador deja de girar o lo hace a baja velocidad, el software o el hardware puede tomar medidas como el apagado del sistema. Pág. 33

34 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los refrigeradores (continuación) Capacidad de regulación Algunos permiten regular manualmente la velocidad de rotación del ventilador. Se trata fundamentalmente de ajustar la velocidad de rotación para reducir los niveles de ruido. Ej: las necesidades de refrigeración en invierno son menores que en verano, por lo que se puede optar por reducir la velocidad de rotación, bajando el ruido. Muchos refrigeradores actuales tienen una entrada que permite controlar la velocidad de giro. Pág. 34

35 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los refrigeradores (continuación) Precio Salvo en casos muy especiales (refrigeradores líquidos o de diseño), los refrigeradores suelen ser elementos relativamente baratos (habitualmente de precio inferior a 40 euros). Una refrigeración pobre puede bajar sensiblemente el rendimiento del sistema, provocar cuelgues, o incluso quemar el elemento a refrigerar. Es una mala política tacañear con los refrigeradores, poniéndolos demasiado justos. Pág. 35

36 : El hardware de los computadores personales Ejemplo de especificaciones de refrigerador (cooler) Socket Type: AMD K8 (Socket 754 / 939 / 940) and Intel P4 (Socket 478) Heat Sink Dimension: 108 x 108 x 74 mm Heat Sink Material: 100% Copper Fan Dimension: 92 x 92 x 25 mm Fan Speed: 1400 ~ 3000 rpm Fan Airflow: ~ CFM Fan Air Pressure: in-h2o ~ in-h2o Fan Life Expectancy: 40,000 hrs Bearing Type: Rifle Bearing Voltage Rating: 5 ~ 13.8 V Noise Level: 16.6 ~ 33.2 dba Connector: 4 Pin (Power Input), 3 Pin (Speed Detection) Weight: 730g (Without Fan) Thermal Resistance: Rja 0.39 ~ 0.31 C/W Application: P4 all Frequencies and K8 Pág. 36

37 : El hardware de los computadores personales Selección del refrigerador En primer lugar, el refrigerador debe ser físicamente compatible con el dispositivo a enfriar (ej, el zócalo de la CPU). En algunas ocasiones los fabricantes CPUs venden refrigeradores junto a las CPUs. No obstante, suelen ser bastante ruidosos. Debemos fijarnos en los modelos de CPUs soportados que indica el fabricante, aunque a veces son un poco optimistas respecto al rendimiento de sus refrigeradores. Nunca elegir un refrigerador que ande justo. La pasta conductora elegida, así como su correcta disposición, puede rebajar unos grados la temperatura del dispositivo. Los dispositivos que están dentro de la caja se enfrían con el aire que está dentro de la caja. Por lo tanto, de nada sirve disponer de un buen refrigerador de CPU si el aire caliente dentro de la caja no se enfría correctamente. Pág. 37

38 : El hardware de los computadores personales 1.4 Los módulos de memoria La memoria del computador se construye empleando semiconductores. Hay tres tipos de tecnologías de memoria en el computador: Memoria no volátil (ROM, EPROM, FLASH). No pierde la información cuando desparece la alimentación, pero es muy lenta. Se usa para la BIOS. Memoria cache (SRAM). Pierde la información cuando desaparece la alimentación, es muy cara, pero es muy rápida. Memoria principal (DRAM). Pierde la información cuando desaparece la alimentación y cuando no se refresca, tiene una velocidad intermedia, pero es muy barata. La memoria principal se agrupa en módulos que contienen chips de memoria DRAM. Esto permite configurar y reparar la memoria principal de forma muy simple. Pág. 38

39 : El hardware de los computadores personales 1.4 Los módulos de memoria (continuación) Los módulos de memoria se conectan al controlador de memoria del sistema, integrado en el Memory Hub Controller (MCH), soldado a la placa base o formando parte de la CPU. Los módulos de memoria actuales disponen de una pequeña memoria serie no volátil que permite la identificación de los parámetros del módulo. Este mecanismo de identifificación se denomina Serial Presence Detect (SPD). Por ejemplo, esta información la usa el MCH para ajustar la frecuencia de trabajo del módulo. Los módulos de memoria más empleados incorporan memoria Double Data Rate (DDR2). Cada módulo de memoria dispone de 64 líneas de datos. En el mercado hay módulos de memoria DDR2 y módulos DDR. Los primeros son una versión mejorada de los últimos. No obstante, la filosofía de funcionamiento es la misma. Pág. 39

40 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los módulos DDR y DDR2 Se trata de resumir las características de los módulos de memoria DDR y DDR2 mediante unos parámetros, de tal forma que sea sencilla la elección correcta o comparación de módulos. Dentro de los parámetros destacan: Geometría y número de contactos, encapsulado de chips de memoria, número de bancos, capacidad, velocidad, detección y corrección de errores, registro de señales, tensión de alimentación y consumo de energía. Pág. 40

41 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los módulos DDR y DDR2 (continuación) Geometría y número de contactos La geometría de los módulos DDR y DDR2 permite distinguirlos de otros módulos de memoria y distinguir además diferentes tipos de módulos DDR entre sí. Los módulos de memoria y sus ranuras de conexión tienen una geometría que impide conectar módulos equivocados. La geometría y número de contactos depende de: El espacio disponible en el computador. Hay módulos de tamaño DIMM (los habituales), SO-DIMM (portátiles), MiniDIMM (blade servers) MicroDIMM (portátiles pequeños). Si el módulo es de tipo registered o unbuffered. Si el módulo incluye lógica de detección y corrección de errores (ECC). Si el módulo es DDR o DDR2. Pág. 41

42 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los módulos DDR y DDR2 Geometría y número de contactos (continuación) Comparación de un módulo DIMM DDR2 y un módulo DIMM DDR. Pág. 42

43 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los módulos DDR y DDR2 (continuación) Geometría y número de contactos (continuación) En la práctica los fabricantes no construyen todas las combinaciones de los factores anteriores. Sólo las que se muestran en la figura. Los módulos registered suelen emplearse en servidores e incluyen además detección y corrección de errores. Pág. 43

44 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los módulos DDR y DDR2 (continuación) Encapsulado El encapsulado de los chips DRAM del módulo permite distinguir fácilmente un módulo DDR de uno DDR2. Chips DRAM Pág. 44

45 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los módulos DDR y DDR2 (continuación) Número de bancos del módulo Los módulos pueden tener 1, 2 ó 4 bancos, cada uno de los cuales es capaz de proporcionar 64 ó 72 bits. El empleo de 2 o más bancos es común en servidores para disponer de módulos de mayor capacidad. Cada banco requiere una señal de selección de chip, por lo que el empleo de módulos de dos o más bancos requiere compatibilidad con la placa base. Capacidad La capacidad es un parámetro fundamental de cualquier dispositivo de almacenamiento, como es un módulo de memoria. La capacidad suele expresarse en MBytes o Gigabytes. En la actualidad, la capacidad de los módulos de memoria DDR varía entre 128 Mbytes y 2 Gigabytes. Pág. 45

46 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los módulos DDR y DDR2 (continuación) Velocidad La velocidad suele expresarse en función de la velocidad de transferencia teórica y la latencia. La velocidad de transferencia teórica indica la velocidad máxima del módulo (en Gigabytes por segundo) en condiciones ideales durante una ráfaga. Los módulos DDR y DDR2 acceden a dos datos de 64 bits cada uno en cada ciclo de reloj (se trata de memorias síncronas). Un módulo con frecuencia de 200 MHz accede en condiciones ideales a 200 M x 2 datos cada segundo => una velocidad de transferencia teórica de 3,2 GBytes/segundo. Los módulos de memoria DDR suelen nombrarse DDR-xxx, donde xxx es la frecuencia efectiva, medida en Mdatos/segundo. Ej: un módulo de frecuencia de reloj 200 MHz se denotaría DDR-400. Pág. 46

47 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los módulos DDR y DDR2 Velocidad (continuación) Los módulos de memoria DDR también suelen nombrarse como PC-yyyy, donde yyyy indica la tasa de transferencia teórica en MBytes/segundo. Ej: un módulo DDR-400 se nombraría PC Para nombrar los módulos DDR2 se sigue un criterio similar. Por ejemplo, un módulo DDR2 de frecuencia de reloj 400 MHz se nombraría DDR2-800 o PC La latencia indica los tiempos máximos necesarios para acceder al módulo de memoria fuera de una ráfaga. La latencia suele indicarse mediante tres valores, ej: Cada uno de estos valores indica un número de ciclos de reloj del módulo de memoria (los módulos DDR y DDR2 son síncronos) y son por tanto relativos a su frecuencia de reloj. Lo interesante es que sean lo más bajos posibles, principalmente el primero de ellos, denominado CAS latency. Pág. 47

48 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los módulos DDR y DDR2 Velocidad (continuación) En la actualidad es habitual usar los módulos en modo multicanal para aumentar la velocidad de la memoria. Trabajando en modo bicanal (2 canales), el controlador de memoria puede acceder a dos módulos a la vez, mejorando la latencia y la velocidad de transferencia teórica. Ej: empleando dos módulos DDR2-800 en modo bicanal, la velocidad de transferencia pasa de 6,4 Gbytes/segundo a 12,8 Gbytes/segundo. Los módulos de memoria en modo multicanal son los de siempre, lo único que cambia es el controlador de memoria. Para trabajar en modo multicanal el controlador de memoria suele requerir que los módulos sean iguales, pero hay controladores que no plantean esta restricción. Pág. 48

49 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los módulos DDR y DDR2 (continuación) Detección y corrección de errores Característica presente en los módulos de memoria empleados en servidores y en la memoria cache. Los módulos de memoria está sujetos a errores transitorios que afectan a una o varias celdas sin causar daño físico. Las causas son: Rayos cósmicos (partículas subatómicas de alta energía). Partículas alfa (emitidas por materiales radioactivos). Interferencias de radiofrecuencia. Variaciones en la tensión de alimentación. La frecuencia de aparición es proporcional a la capacidad del módulo. En los módulos actuales puede llegar a ser inferior a un mes. Alguna de las causas, como los rayos cósmicos, son difícilmente evitables => hay que convivir con los errores. Pág. 49

50 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los módulos DDR y DDR2 Detección y corrección de errores (continuación) Para detectar y corregir errores suelen emplearse códigos ECC (Error Correcting Code). Los códigos ECC empleados en los módulos de memoria actuales son capaces de detectar dos bits erróneos de entre los 64 bits de datos y corregir un bit erróneo. Esto requiere 8 bits más. Los módulos de memoria que incorporan ECC tienen 72 líneas de datos en lugar de 64. La detección y corrección de errores es transparente al módulo, pues es el controlador de memoria, el encargado de generar a partir de los 64 bits de datos los 8 bits adicionales durante una escritura, y comprobar los 8 bits adicionales frente a los 64 de datos durante la lectura. La inclusión de ECC incrementa el precio del módulo. Pág. 50

51 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los módulos DDR y DDR2 (continuación) Registro de señales Se trata de una característica que incorporan los módulos de memoria empleados en servidores. Cuando los módulos de memoria contienen gran cantidad de chips de memoria (para tener una gran capacidad) aparecen problemas eléctricos, y es necesario emplear un registro para cada señal de direcciones y control que recibe el módulo. El registro de señales incrementa las latencias en un ciclo de reloj del módulo. Los módulos de memoria que llevan a cabo el registro de señales se denominan registered. Los módulos de memoria más habituales no incorporan esta característica y se denominan unbuffered. El registro de señales incrementa el precio del módulo. Pág. 51

52 : El hardware de los computadores personales Parámetros de los módulos DDR y DDR2 (continuación) Tensión de alimentación Característica que indica la modernidad del módulo de memoria. Los módulos de memoria DDR emplean 2,5 voltios, mientras que los DDR-2 emplean 1,84 voltios. Consumo de energía Los módulos DDR2 consumen aproximadamente la mitad de energía que los módulos DDR de igual capacidad y frecuencia de reloj. Por ejemplo, un módulo de memoria DDR-400 de 512 Mbytes puede llegar a consumir unos 20 vatios. La refrigeración de los módulos de memoria debe tenerse en consideración. Pág. 52

53 : El hardware de los computadores personales Selección de los módulos de memoria La geometría (DIMM, SO-DIMM, etc.) viene dada por el tipo de computador. El controlador de memoria limita en gran medida las características de los módulos que se pueden emplear. En servidores y sistemas críticos deben emplearse siempre módulos del tipo registered DIMM. En la actualidad se recomienda usar memoria DDR2. La frecuencia de trabajo depende del grado de implantación. Actualmente la más usada en los equipos nuevos es la memoria DDR2-667, por lo que tiene la mejor relación calidad/precio. El empleo de placas base con chipset que soporta modos multicanal incrementa sensiblemente la velocidad de la memoria. No obstante, suele obligar a emplear módulos idénticos dentro del mismo canal. Pág. 53

54 : El hardware de los computadores personales 1.4 Los módulos de memoria (continuación) El siguiente enlace proporciona una presentación sobre el funcionamiento interno de los módulos de memoria RAM. Pág. 54

55 : El hardware de los computadores personales 1.5 La placa base Pág. 55

56 : El hardware de los computadores personales 1.5 La placa base (continuación) Elemento central de cualquier computador PC. A la placa base se conectan la CPU, módulos de memoria, refrigeradores, la fuente de alimentación, los discos, etc. En buena parte, la funcionalidad y rendimiento del PC dependen de la placa base Parámetros de las placas base Se trata de resumir las características de las placas base mediante unos parámetros que faciliten la elección correcta. Dentro de los parámetros destacan: Factor de forma (geometría), CPUs soportadas, módulos de memoria soportados, chipset, ranuras de expansión, interfaces de almacenamiento, interfaces de audio y red integradas, puertos de conexión de periféricos, protección del BIOS. Pág. 56

57 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base Factor de forma (geometría) Indica las características mecánicas: largo, ancho, ubicación de agujeros de montaje, tipo de conectores, ubicación de conectores, ubicación de componentes clave, etc. Restringe el tipo de caja que puede usarse. El factor de forma más utilizado en la actualidad es el ATX. No obstante, será sustituido en un futuro por el BTX. En el caso de servidores suele usarse el factor de forma WTX, con unas dimensiones mayores que el ATX. Esto permite alojar con más facilidad dos o más CPUs o un mayor número de ranuras de memoria. No existe un factor de forma estándar para los portátiles, lo que hace que muchas placas base de portátiles sean incompatibles unas con otras. Pág. 57

58 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base Factor de forma (continuación) Regulador de tensión del procesador Conector de alimentación de 12V para el regulador de tensión del procesador Conector de alimentación principal Pág. 58

59 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base (continuación) CPUs soportadas Parámetro muy a tener en cuenta, pues el rendimiento depende en buena medida de la CPU o CPUs soportadas. Ej: las placas base con socket 775 soportan CPUs Pentium 4, Pentium D e Intel Core. La placa base restringe además las frecuencias de reloj de las CPUs soportadas. La frecuencia de reloj depende del Memory Controller Hub (MCH). Algunas placas base tienen problemas térmicos cuando se conectan CPUs con un alto consumo, pero funcionan perfectamente con CPUs que disipan menos potencia. Pág. 59

60 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base CPUs soportadas(continuación) Zócalo de la CPU Fijación del refrigerador de la CPU Conector del refrigerador de la CPU Pág. 60

61 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base (continuación) Módulos de memoria soportados Se trata de un parámetro muy a tener en cuenta, pues el rendimiento depende en gran medida de los módulos de memoria instalados. Debe observarse si admite memoria DDR o DDR2, la frecuencia de reloj de la memoria, el número de ranuras de memoria, la capacidad máxima de los módulos soportados, etc. En el caso de servidores, la placa base debería soportar módulos de memoria del tipo registered. Resulta muy interesante fijarse si admite memoria multicanal, pues mejora sensiblemente el rendimiento en el caso de disponer de varios módulos de memoria conectados. En general, las características de los módulos de memoria soportados dependen del MCH. Pág. 61

62 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base Módulos de memoria soportados (continuación) Dos módulos componen el canal A (naranja) Dos módulos componen el canal B (azul) Pág. 62

63 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base (continuación) El chipset El chipset es determinante en la funcionalidad y rendimiento del computador. Cualquier flujo de información entre dos elementos del computador pasa por el chipset. Está formado habitualmente por dos chips: El Memory Controller Hub (MCH) o Northbridge. El I/O Controller Hub (ICH) o Southbridge. El MCH es un concentrador (hub) que comunica la CPU, la tarjeta gráfica AGP, los módulos de memoria y el ICH. El ICH se comunica con el MCH e interconecta todos los demás elementos del sistema. Muchas de las CPUs de AMD actuales incorporan el MCH dentro del dado de la CPU. Pág. 63

64 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base El chipset (continuación) Organización de una placa base con socket 939. Pág. 64

65 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base El chipset (continuación) Organización de una placa base con socket LGA 775. Pág. 65

66 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base El chipset (continuación) Memory Controller Hub (MCH) I/O Controller Hub (ICH) Pág. 66

67 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base (continuación) Las ranuras de expansión Permiten conectar tarjetas que amplían la funcionalidad del sistema. Las tarjetas de expansión se conectan a ranuras. En un PC se suelen encontrar: Varias ranuras PCI. 1 ranura PCI Express x16, 1 ó más ranuras PCI Express x1. La especificación PCI más usada es un bus de 32 bits a una frecuencia de 33 MHz que transfiere un dato cada ciclo de reloj. Esto supone una tasa de transferencia teórica de 133 Mbytes/seg. En los servidores se emplea una variación del bus PCI denominada PCI-X. En este caso los datos son de 64 bits y las frecuencias de reloj de 66 MHz o superiores. Pág. 67

68 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base Los buses de expansión (continuación) El bus PCI se ha quedado anticuado tras unos 10 años de vida. Cada vez menos dispositivos pueden conectarse a este bus, debido a su baja velocidad. La especificación PCI Express especifica una conexión punto a punto, serie, rápida, barata y compatible a nivel software con el software PCI de sistema. Cada conexión punto a punto se compone de 1 o más canales serie, donde cada canal tiene una tasa de transferencia teórica de 250 MBytes/seg en cada sentido => 500 MBytes/seg por canal. La ranura PCI Express x16 es una ranura con 16 canales PCI Express (16 x 500 Mbytes/seg = 8 Gbytes/seg) que se emplea para llevar a cabo una conexión punto a punto entre la tarjeta gráfica y el MCH. Pág. 68

69 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base Los buses de expansión (continuación) Ranura PCI Express de 1 canal Ranuras PCI Ranura PCI Express de 16 canales Pág. 69

70 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base (continuación) Interfaces de almacenamiento Las interfaces de almacenamiento indican el tipo de discos duros, unidades DVD-ROM, etc. que se pueden conectar. Aparte de la interfaz de disquete que no ha evolucionado desde hace mucho años, las interfaces empleadas hasta ahora han sido ATA y SCSI. La especificación ATA a lo largo de todas sus evoluciones se ha empleado en PCs de gama media o baja. Se emplea sólo con dispositivos internos. La especificación ATA define una conexión paralela, con una tasa de transferencia máxima de 133 MBytes por segundo, y está siendo sustituida por la especificación SATA, con una tasa de transferencia máxima inicial de 150 MBytes /segundo. Además, la especificación SATA define conexiones serie punto a punto, con las ventajas que esto reporta. Pág. 70

71 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base Interfaces de almacenamiento Además, la interfaz SATA es compatible a nivel software con la especificación ATA. Los servidores (sean PCs o no) suelen usar discos SCSI, pues proporcionan un mayor rendimiento. La especificación SCSI define un bus paralelo, con todas las desventajas que ello supone. Se ha desarrollado una especificación serie denominada SAS que sustituirá a la SCSI en unos pocos años. Las placas base también proporcionan interfaces de entrada y salida genéricas que pueden emplearse para dispositivos externos como son las interfaces USB y Firewire. Pág. 71

72 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base Interfaces de almacenamiento (continuación) Conector de la unidad de disquete Conector ATA primario Conector ATA secundario Conectores SATA 1 a SATA 4 Pág. 72

73 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base (continuación) Interfaces de audio y red integradas La integración de la red y el audio en la placa base reduce sensiblemente el coste del sistema así como el consumo de energía Interfaz Ethernet integrada en placa base Codec de audio integrado en placa base Pág. 73

74 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base (continuación) Puertos de conexión de periféricos Puertos de conexión de periféricos Super I/O (SIO) Hay puertos que se conectan mediante cables a la caja o a tarjetas de expansión. Pág. 74

75 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las placas base (continuación) Protección de la BIOS Protección frente a escrituras erróneas o malintencionadas: Protección contra escritura. Doble BIOS. Se puede arrancar usando una u otra. La parte de la BIOS que permite actualizar la BIOS desde disquete o CD es de sólo lectura. Flash BIOS Pág. 75

76 : El hardware de los computadores personales Ver especificación de una placa base Selección de la placa base Se trata de un elemento crucial dentro del computador. Es el elemento del computador que más componentes tiene y por lo tanto uno de los más proclives a fallar. Es importante elegir una placa base de calidad, de un fabricante con experiencia y prestigio. Puesto que define muchas de las características del computador y sus posibilidades de ampliación, debe elegirse cuidadosamente teniendo en cuenta todos los parámetros indicados. Pág. 76

77 : El hardware de los computadores personales 1.6 La caja y fuente de alimentación La caja constituye la estructura mecánica del computador. Las cajas suelen disponer de pulsadores de encendido y apagado, LEDs de encendido y acceso al disco duro, bahías frontales para dispositivos de almacenamiento, conectores frontales para periféricos que se conectan y desconectan frecuentemente, ranuras de acceso a los conectores de las tarjetas de expansión, ranura de acceso a los conectores de interfaces de periféricos integradas en la placa base, etc. La fuente de alimentación tiene por misión proporcionar a partir de la tensión alterna de la red eléctrica las tensiones continuas de alimentación que requieren los componentes del computador. Fundamentalmente, +3,3 voltios, +5 voltios y +12 voltios. Normalmente, las cajas suelen incluir una fuente de alimentación, de ahí que tratemos de forma conjunta ambos elementos. Pág. 77

78 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las cajas y fuentes de alimentación Se trata de resumir las características de las cajas y fuentes de alimentación mediante unos parámetros que faciliten la elección correcta. Ignoraremos detalles estéticos, así como las cajas y fuentes de alimentación de ordenadores portátiles. Dentro de los parámetros destacan: Factores de forma soportados, tamaño de la caja, número de bahías, número de ranuras de expansión, ventiladores incorporados, conectores frontales disponibles, mecanismos de seguridad, características de la fuente de alimentación incorporada. Pág. 78

79 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las cajas y fuentes de alimentación (continuac.) Factores de forma soportados Los factores de forma indican básicamente las placas base con las que son compatibles. Los primeros PCs empleaban el factor de forma XT, el cual evolucionó pasando por los formatos AT, LPX (versión estrecha del AT), Baby AT (versión pequeña del AT), ATX, NLX (versión estrecha del ATX), microatx y FlexATX (versiones reducidas del ATX). En la actualidad los factores de forma más empleados son el ATX y microatx, los cuales serán sustituidos en los próximos años por el BTX y sus versiones reducidas (microbtx y picobtx). Es muy habitual que una misma caja soporte varios factores de forma. Por ejemplo, las cajas ATX suelen soportar además los factores de forma Baby AT (obsoleto) y microatx. Pág. 79

80 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las cajas y fuentes de alimentación (continuac.) Tamaño de la caja Está relacionado con el número de bahías (para dispositivos de almacenamiento), el número de tarjetas de expansión que admite, el número de fuentes de alimentación que admite y los factores de forma soportados. Los tamaños más frecuentes son: sobremesa, slim, cubo (barebone), minitorre, semitorre, torre, gran torre y rack. Número de bahías disponibles El número de bahías es proporcional al tamaño de la caja. Estas bahías se emplean para ubicar dispositivos de almacenamiento, como discos duros, disqueteras, unidades ópticas (CD y DVD), unidades de cinta, etc. Las bahías suelen venir en los tamaños 3 ½ y 5 ¼ pulgadas, por lo que es conveniente tener en cuenta el número de cada. Pág. 80

81 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las cajas y fuentes de alimentación (continuac.) Número de ranuras de expansión Limita el número de tarjetas de expansión que pueden conectarse. Debe tenerse en cuenta que la placa base puede requerir alguna de estas ranuras. Por ejemplo, para puertos USB traseros, el regulador manual de velocidad del ventilador de la CPU, etc. Conectores frontales Es importante fijarse si la caja dispone de conectores frontales USB, Firewire (IEEE 1394), audio, etc. No obstante, estos conectores son poco útiles en el caso de cajas de servidores. Mecanismos de seguridad Las cajas de servidor suelen disponer de puertas frontales protegidas con cerradura que dificultan el acceso a las unidades extraíbles y pulsadores de forma no autorizada. Además, suelen disponer de sensores que se activan al abrir la caja. Pág. 81

82 : El hardware de los computadores personales Parámetros de las cajas y fuentes de alimentación (continuac.) Ventiladores incorporados Ayudan a refrigerar el interior de la caja. Las cajas más comunes suelen soportar dos ventiladores: el ventilador incorporado en la fuente y el ventilador del chásis. Ambos pueden ser monitorizados si se conectan a la placa base (a través de conectores de 3 pines). Los ventiladores adicionales suelen conectarse directamente a la fuente de alimentación (a través de un conector de 4 pines). Este tipo de ventiladores no pueden ser monitorizados. En el caso de disponer de más de un ventilador por caja es necesario tener en cuenta el flujo de circulación del aire. Al menos uno de los ventiladores debería introducir aire en la caja y al menos otro extraerlo. Pág. 82