EL PROCESADOR - LA MOTHERBOARDS

Objetivos de la unidad:

Reconocer las principales características de los procesadores Determinar las funciones de la motherboards y la relacionar de sus componentes. Estudiar los métodos de sincronización básicos entre procesador y motherboard. Conocer cómo trabajan cada una de las placas de expansión y la fuente de alimentacion.

EL PROCESADOR

El primer elemento que vamos a estudiar es el procesador, que, como su nombre lo expresa, es el encargado del procesamiento de los datos dentro de un computador.

La unidad central de proceso (CPU), o Procesador Pentium 4 algunas veces simplemente procesador, es el con Dual Core componente en un computador que interpreta las instrucciones y procesa los datos contenidos en los programas de computador. Los CPU proporcionan la característica fundamental del computador digital, la programabilidad, y son uno de los componentes necesarios encontrados en los computadores de cualquier tiempo, junto con el almacenamiento primario y las facilidades de entrada / salida. Es conocido como microprocesador al CPU que es manufacturado con circuitos integrados. Desde mediados de los años 1970, los microprocesadores de un solo chip han reemplazado casi totalmente todos los otros tipos de CPU, y hoy en día, el término "CPU" es aplicado usualmente a algún tipo de microprocesador. La frase "unidad central de proceso" es, en términos generales, una descripción de una cierta clase de máquinas de lógica que pueden ejecutar complejos programas de computador. Esta amplia definición puede fácilmente ser aplicada a muchos de los primeros computadores que existieron mucho antes que el término "CPU" estuviera en amplio uso. Sin embargo, el término sí mismo y su acrónimo han estado en uso en la industria del computador por lo menos desde el principio de los años 1960. La forma, el diseño y la implementación de los El EDVAC, una de los primeros CPU ha cambiado dramáticamente desde computadores de programas los primeros ejemplos, pero su operación almacenados electrónicamente. fundamental ha permanecido bastante (Años 1940) similar. Los primeros CPU fueron diseñados a la medida como parte de un computador más grande, generalmente un computador único en su especie. Sin embargo, este costoso método de diseñar los CPU a la medida, para una aplicación particular, ha desaparecido en gran parte y se ha sustituido por el desarrollo de clases de procesadores baratos y estandardizados adaptados para uno o muchos propósitos. Esta tendencia de estandarización comenzó generalmente en la era de los transistores discretos, mainframes, y minicomputadores, y fue acelerada rápidamente con la CPU, memoria de núcleo, e interfase de bus popularización del circuito externo de un MSI PDP-8/I. (Años 1950) integrado (IC).

El IC ha permitido que sean diseñados y fabricados CPUs cada vez más complejos en espacios muy pequeños (en la orden de milímetros). Tanto la miniaturización como la estandarización de los CPU han aumentado la presencia de estos dispositivos digitales en la vida moderna mucho más allá de las aplicaciones limitadas de máquinas de computación dedicadas. Los microprocesadores modernos aparecen Microprocesador Intel 80486DX2 en todo, desde automóviles, televisores, en un paquete PGA de cerámica calculadoras, aviones, hasta teléfonos (Años 1990) celulares o juguetes para niños.

Las dos grandes empresas que fabrican procesadores AMD: , Inc. (NYSE: AMD) es una empresa estadounidense de California, que desarrolla procesadores y productos tecnológicos, es el segundo proveedor de microprocesadores basados en la arquitectura y también uno de los más grandes fabricantes de unidades de procesamiento gráfico. INTEL: Intel Corporation es el mayor fabricante de circuitos integrados del mundo. La compañía estadounidense es la creadora de la serie de procesadores x86, los procesadores más comúnmente encontrados en la mayoría de las computadoras personales.

Procesadores Intel

Core i3: hasta ahora siempre han sido procesadores de doble núcleo (Un núcleo, no es más que el bloque encargado de ejecutar las instrucciones). con Hyper Threading. --La nomenclatura Hyperthreading, también conocido como Hyperthread, se utiliza para calificar a una tecnología desarrollada por Intel. Un procesador que la implemente será capaz de ofrecer al sistema operativo el doble de núcleos de los que tiene físicamente. No poseen Turbo Boost, esto significa que cuando se aumenta la frecuencia de funcionamiento de un

procesador este es capaz de realizar un mayor número de operaciones por segundo y por lo tanto todo se ejecuta de manera más rápida.

Core i5: pueden presentarse en versiones de doble núcleo con Hyper Threading o en cuatro núcleos SIN Hyper Threading. Todos los procesadores para notebook son de doble núcleos. Ningún Core i5 parar portátil es de cuatro núcleos, solo en el área de las computadoras de escritorio. A diferencia de los Core i3, los i5 si poseen Turbo Boost.

Core i7: viene en versiones de dos, cuatro y seis núcleos, en comparación con los Core i5, los i7 poseen Hyper Threading en todos sus procesadores. Los de seis núcleos usualmente son Core i7 Extreme (con unas excepciones, como el i7-970 o el i7-3930K).

Intel : poseen una serie de características que los diferencian de los procesadores que se utilizan en la computadora de escritorio. Estos procesadores se bazan en las capacidade de realizar múltiples tareas que en la maximización del valor de frecuencia del procesador. Los Xeon ofrecen soporte para tres grandes niveles de cachés de datos, soporte múlti- procesador y núcleos de procesamiento adicionales. Estas características permiten a los servidores manejar el gran número de programas concurrentes y procesos que las computadoras de grado-servidor normalmente ejecutan.

La diferencia entre las distintas generaciones de procesadores se basa en el consumo y en el rendimiento, no pasa de 10-15% de mayor rendimiento ni tampoco la diferencia de consumo es abismal, pero sí existe, por ello la tercera generación (ivy bridge) es muy potente y eficiente, La cuarta generación -Intel Haswell- mejora el consumo y el rendimiento un poco más.

Fabricación de un Procesador Intel de Tercera Generación

La arena común tiene un porcentaje alto de silicio es uno de los elementos de mayor abundancia en la corteza terrestre. El silicio es un semiconductor altamente utilizado en los procesadores de computadoras, ya que tiene la capacidad de comportarse como un excelente conductor o un aislante de la electricidad al introducir impurezas. Para esto debe de ser purificado. Pasa de estar fundido a cristal solido en forma de cilindro conocido como lingotes.

Las obleas son los lingotes que se cortan en discos individuales de silicio. Los tamaños de las obleas han incrementado en el tiempo con el fin de reducir los costos por cada chip. Luego se pulen las obleas hasta lograr superficies lisas semejantes a espejos. La fabricación de chips en una oblea consiste en cientos de pasos precisos y controlados que resultan en una serie de capas de varios materiales uno encima del otro. La fotolitografía es el proceso por el cual se imprime un patrón en la oblea. Comienza con la aplicación de un líquido conocido como fotorresistencia, el cual se distribuye uniformemente sobre la oblea mientras la misma gira. La fotorresistencia se endurece y porciones de la misma se exponen a luz ultravioleta haciéndola nuevamente soluble. La máscara se reduce por medio de un lente y la exposición se repite por toda la oblea. La fotorresistencia soluble se remueve, dejando el patrón fotoresistente definido por la máscara.

La oblea con el patrón de fotorresistencia es invadida con un rayo de iones (átomos cargados en forma positiva o negativa) que se adhieren bajo la superficies no cubiertas por la fotorresistencia. Este proceso se llama dopaje. Después del implante de iones, se remueve la fotorresistencia y ahora la oblea tiene un patrón con regiones dopadas donde se van a formar los transistores. Para poder grabar una pared para el transistor de 3 puertas, se aplica una máscara fuerte mediante el proceso de fotolitografía anteriormente descrito. Se aplica un químico para remover el silicio no deseado. La máscara fuerte se remueve por medio de un proceso químico dejando una pared delgada de silicio que va a formar el canal del transistor. Utilizando un paso de fotolitografía, porciones del transistor se cubren con fotorresistencia y una capa delgada de dióxido que se crea al insertar la oblea en un ambiente con oxígeno. Lo anterior crea una puerta dieléctrica temporal. Nuevamente, utilizando un paso de fotolitografía, se crea una capa delgada de silicio policristalino. Esto se convierte en una puerta temporal. Con el proceso de oxidación, se crea una capa de dióxido de silicio sobre la oblea entera para aislar este transistor de otros elementos. Intel utiliza la técnica de la ―puerta final‖ para crear puertas metálicas en los transistores. La puerta temporal se remueve con un proceso de enmascarado. Luego se forma la puerta definitiva o final. Se aplican capas moleculares individuales a la superficie de la oblea en un proceso llamado ―deposición atómica‖. Se forma una puerta metálica sobre la oblea y usando un paso de litografía removida de otras regiones distintas a las deseadas. Se graban 3 agujeros en la capa aislante sobre el transistor para llenarlos con iones de cobre u otro material conductivo y que permitan la conexión con otros transistores. Las obleas se sumergen en sulfato de cobre. En la superficie de la oblea los iones crean una capa delgada de cobre. Se crean múltiples capas de metal para interconectar todos los transistores en el chip en una configuración específica. En promedio los procesadores tienen alrededor de 30 capas diferentes. Después de formadas todas las capas de interconexión, se coloca un arreglo de esferas de soldadura. Estas son las conexiones eléctricas con las que el chip se comunica con el mundo exterior por medio del paquete que se inserta posteriormente. Cuando se completan los procesos de la oblea, las mismas

son trasferidas de los ―fabs‖ a las plantas de ensamble y prueba. Ahí, los dies son probados en forma individual cuando están en la oblea, luego se separan y los que pasan las pruebas son empaquetados. Finalmente se realizan pruebas con el chip empaquetado antes de ser enviado a los clientes. La oblea se corta en pedazos pequeños llamados ―dies‖, los que responden de forma correcta se colocan en el paquete. En la actualidad los procesadores de Intel Ivy Bridge se fabrican en 22nm. El paquete o substrato, el die y el disipador de calor se juntan para formar el procesador completo. El paquete constituye la interfaz eléctrica y mecánica para que el procesador interactúe con el resto de la computadora. El procesador está completo. Finalmente, los procesadores se envían a los clientes en bandejas o en cajas individuales. Procesadores AMD

AMD separa sus procesadores en FX, Phenom II, A Series, II y . Entre los procesadores AMD que fueron surgiendo en los últimos años, se encuentran los AMD 10h (con tecnología de cuatro núcleos), que incluyen productos como Athlon II o Phenom II. El Athlon II incluye procesadores de dos o cuatro núcleos, es una opción interesante para usuarios que no necesiten gran potencia. Phenom II es el nombre asignado por AMD a una familia de microprocesadores o CPUs multinúcleo (multicore) fabricados en 45 nm, la cual sucede al Phenom original y dieron soporte a DDR3. Una de las ventajas del paso de los 65 nm a los 45 nm, es que permitió aumentar la cantidad de cache L3.

FX es el nombre comercial de los procesadores del fabricante AMD para equipos de medias a altas prestaciones.

AMD FX-9590, el primer procesador comercial en alcanzar los 5 GHz. Los primeros procesadores AMD FX aparecen en el mercado en Octubre del año 2011 pensados para competir con los Intel Core de Segunda Generación de Intel, con arquitectura Sandy Bridge. MOTHERBOARDS

La placa base, placa madre o tarjeta madre (en inglés motherboard) es la placa de circuitos impresos que sirve como medio de conexión entre: El procesador, circuitos electrónicos de soporte, ranuras para conectar parte o toda la RAM del sistema, la ROM y ranuras especiales (slots) que permiten la conexión de placas adaptadoras adicionales. Estas placas de expansión suelen realizar funciones de control de periféricos tales como monitores, impresoras, unidades de disco, etc. Se diseña básicamente para realizar tareas específicas vitales para el funcionamiento de la computadora, como por ejemplo las de: • Conexión física. • Administración, control y distribución de energía eléctrica. • Comunicación de datos. • Temporización. • Sincronismo. • Control y monitoreo. • Para que la motherboard cumpla con su cometido, lleva instalado un software muy básico denominado BIOS (Basic Input Output System).

La MOTHERBOARD es la placa base de una computadora, encargada de interconectar todos los dispositivos internos de una computadora. Su función principal es proveer las conexiones lógicas y eléctricas entre otros componentes del sistema

Componentes de una Motherboard

01- Puertos externos de comunicación: Incluyen una cantidad y variedad de dispositivos integrados que van más allá de las clásicas interfaces de video, audio y red. Cada modelo combina interfaces y puertos que lo diferencian del resto, y lo vuelven útil para distintas necesidades. 02- Módulo regulador de tensión: Además de la fuente de alimentación que poseen las PCs, los motherboards también cuentan con una fuente de energía que podría considerarse secundaria, ya que recibe la tensión que le suministra la fuente principal (12 V) y se encarga de convertirla a valores inferiores, admisibles por el procesador, la memoria RAM y el chipset. 03- Zócalo del procesador: Es el encargado de alojar el procesador en el motherboard. Los hay de varios tipos: LGA775, LGA1156, LGA1155 (Intel); y socket AM2+, socket AM3+ y socket FM1 (AMD). 04- Northbridge(chipset): El puente norte gestiona las operaciones entre el procesador y los dispositivos de alta velocidad, como la memoria RAM, la interfaz de video y el bus PCI Express x16. 05- Southbridge(chipset auxiliar): El puente sur controla las conexiones con los dispositivos de menor velocidad (buses PCI Express x1 y PCI, controladora de discos, controlador USB, audio integrado, etc.). 06- Zócalos para memoria RAM: Al tratarse de un motherboard básico, este modelo solo posee dos slots para módulos de memoria. Los modelos de gama media duplican esta cifra, y los de gama alta pueden llegar a triplicarla. 07- Puerto para unidades Parallel ATA: Los fabricantes continúan incluyendo al menos un puerto Parallel ATA en sus motherboards, a modo de compatibilidad. 08- Conector de alimentación ATX: Conector ATX de 24 contactos. La versión anterior de esta ficha era de 20 contactos. Afortunadamente, fuentes y motherboards de un tipo y otro son compatibles entre sí. 09- Puertos para unidades Serial ATA: Puertos SATA para conectar discos duros, unidades SSD y unidades ópticas. 10- Conectores USB: Se trata de conectores USB. Mediante los cuales podemos conectar los paneles USB frontales. 11- Batería CR-2032: Esta batería alimenta la memoria CMOS RAM para que no pierda la configuración del Setup del BIOS. Tiene una duración de unos tres años, aproximadamente.

12 - Integrado y cristales generadores de clock: Las cápsulas metálicas de color plateado y bordes redondeados encierran el cristal que genera el pulso inicial para hacer funcionar los componentes del motherboard. 13 - Zócalos de expansión: De arriba hacia abajo: zócalo PCI Express x1, PCI Express x16 y dos ranuras PCI. Los motherboards de alta gama pueden llegar a tener el doble de slots que en este ejemplo. 14- Chip LPCIO: También conocido como Super I/O, se encarga de administrar diversas funciones simultáneamente: puertos serie, puerto paralelo, FDC, controlador de teclado y mouse PS/2, y sensores encargados de monitorear las temperaturas. 15- Chip BIOS: El chip del BIOS aloja el programa de inicio a bajo nivel que todo motherboard posee. Gestiona el proceso inicial de arranque enviándole órdenes al hardware. 16- Chip de la interfaz de sonido integrada: Este pequeño chip integra una completa interfaz de audio, de alta calidad y con soporte multi-channel. Gráfico esquemático de la arquitectura de una placa madre típica

Esquema gráfico de una placa madre típica de computadora con sus

componentes: el puente norte, el puente sur, los buses, la CPU, etc.

Fabricantes

Entre los principales Fabricantes de Motherboard encontramos ASUS, ASRock, , MSI, Biostar, ECS, EVGA, Foxconn Sapphire, Jetway y otras. Algunos diseñan y fabrican uno o más componentes de la placa base, mientras que otros ensamblan los componentes que terceros han diseñado y fabricado. A pesar de los esfuerzos que realiza INTEL, la demanda por sus tarjetas madre va cayendo lentamente, forzándola a abandonar algunos mercados como el mercado Chino. . Intel confirma que abandonará el negocio de las tarjetas madre en un periodo de tres años, por lo que el 2013 es el último año en que veremos tarjetas madre con la marca Intel, pues a fines de este año Intel dejará de producir nuevas tarjetas madre Intel continuará dando soporte a sus tarjetas madre fabricadas hasta fines del 2013 por un periodo de tres años; pero ello no quiere decir que Intel abandone por completo el negocio de las tarjetas madre, pues confirma que se centrarán en tarjetas madre para PCs de formatos emergentes (todo en uno o diseños reducidos como Intel NUC).

Motherboard ASUS

Motherboard GIGABYTE

Proceso de Fabricación de Motherboards El proceso de fabricación de una Motherboard consta de dos partes, una automática y otra manual. En la parte automática se utilizan rapidísimas maquinas SMT (Surface Mount Technology), este es el método de construcción de dispositivos electrónicos más utilizado en la actualidad. Se utiliza para componentes activos como pasivos, y se basa en el montaje de los mismos (SMC, Surface Mount Component) sobre la superficie del circuito impreso. Tanto los equipos así construidos como los componentes de montaje superficial pueden ser llamados dispositivos de montaje superficial, o por sus siglas en inglés, SMD (Surface Mount Device). Las maquinas SMT disparan componentes SMD a la placa base. En la parte manual operarios montan condensadores y piezas plásticas. Entre estas partes hay innumerables controles de calidad, un equipo de mantenimiento de maquinarias y un equipo encargado de que los materiales estén listos para su utilización. Las placas madres van sobre rieles y cintas automáticas avanzando por cada uno de los procesos, tanto automáticos como manuales. Una de las partes más importantes de la fabricación de placas madres es la soldadura. La pasta de soldar es guardada en condiciones refrigeradas (0-10ºC), es por esto que antes de ser utilizada debe ser puesta a temperatura ambiente por 3 a 4 horas en recipientes sellados. Luego de adecuarse a la temperatura ambiental, se mezcla en una maquina especializada y luego se toma una muestra donde se monitorea su densidad. Las máquina SMT son alimentadas mediante rollos con agujeros para tracción, cada uno con cientos de integrados dentro.

PLACAS DE EXPANSION

Las placas de expansión son dispositivos con diversos circuitos integrados y controladores para ampliar la capacidad de un computador, las placas de expansión más comunes sirven para añadir memoria, controladoras de unidad de disco, controladoras de video, puertos serie o paralelo y dispositivos de módem internos. Por lo general, se suelen utilizar indistintamente los términos placa y tarjeta para referirse a todas las placas de expansión.

La función principal es expandir los servicios de una computadora. Se clasifican por el tipo de zócalo o slot en donde se insertan, esto quiere decir, que existen tarjetas de expansión tipo ISA, PCI, PCI Express, CNR y AGP. En la actualidad las tarjetas suelen ser de tipo PCI, PCI Express o AGP. Gracias al avance en la tecnología USB Instalación de una placa de expansión y a la integración de audio, vídeo o red en la placa base, hoy en día son menos imprescindibles para tener un PC completamente funcional.