Tema 8 – Hardware comercial de un ordenador. Placa base. Tarjetas controladoras de dispositivos y de entrada/salida.

T8. Hardware Comercial de un Ordenador. Placa Base. Tarjetas Controladores de Dispositivos y de Entrada/Salida.

1. Introducción

· Comercial: Dícese de aquello que tiene fácil aceptación en el mercado que le es propicio

· Subsistemas característicos de un ordenador personal son el microprocesador, la placa base (chipset, buses, la controladora de disto y ranuras de expansión entre otros), la memoria principal, el disco duro, la controladora gráfica y el monitor.

2. CPU

· Circuitos integrados en una pastilla de plástico que actualmente incluyen múltiples unidades de ejecución y las cachés L1 y L2 (y en ocasiones como el Itanium L3).

· Los más comerciales han sido sin duda la familia de procesadores Intel x86 que han evolucionado desde el 8086 a 4,7MHz, pasando por el 80286 que era capaz de trabajar en modo protegido, el 80386 de 32 bits, el 486 que incluía el coprocesador de coma flotante dentro de la pastilla Pentiums con varias unidades de ejecución simultánea e instrucciones SIMD MMX para comunicaciones y multimedia, Pentium II/III que incluían la L2 dentro de la pastilla, un frontal CISC y núcleo RISC, e instrucciones SIMD SSE, hasta los actuales microprocesadores Pentium 4 manteniendo siempre la compatibilidad con sus predecesores e incrementando la frecuencia de proceso en cada modelo hasta los 3-4GHz actuales.

· Pentium 4: Caché L1(12KB) de instrucciones descodificadas, L2(512KB). Ejecución fuera de orden con predicción avanzada de saltos y cauces de 20 etapas. SSE2. 0,9 y 0,65 micras. HyperTheading (SMT, multihilo simultáneo). Dual Core (SMP, multiproceso simétrico). Unos 100 millones de transistores en sus últimas versiones.

· CELERON (PI/II/III/4): =núcleo pero menos o ninguna caché L2 y no soporta SMT.

· Intel XEON: Interconexión MP y DP (SMP) y funcionamiento SMT a la vez. L2 2MB y/o L3 2MB.

· Intel ITANIUM 2: Microprocesador completo de 64bits.y compatible con (IA32). Arquitectura derivada de RISC e instrucciones VLWI. L1 (16+16KB( L2 (256KB). L3 (integrada hasta 3MB).

· AMD: La mayor competencia de Intel en equipos domésticos siempre a la zaga con sus k5, k6, Athlon, Duron, etc.

· AMD ATHLON/XP: MMX, 3DNow, SSE. L1(64+64KB) y L2(256KB)

· AMD DURON: Versión retocada (-caché L2 y no soporta SSE) del Athlon.

· AMD ATHLON 64: L1 (64+64) L2 (512 ó 1024KB). MMX, SSE/2/3, x86-64.

· AMD ATHLON 64 X2: Dual core

· AMD OPTERON: Permite SMP de hasta 8 vías. L1(64+64KB) y L2(1024KB)

· Caché L1/L2: Su funcionamiento se basa en el principio de localidad espacial y temporal, lo que permite acelerar el funcionamiento general del sistema, y en particular, el acceso de la CPU a la memoria principal, de mayor tamaño y menor coste, pero más lenta. Se utilizan memorias SRAM tipo biestable.

3. Placa Base

· Contiene los principales componentes del sistema, bien, soldados, bien, a través de sockets, buses y ranuras de expansión.

· Hasta 486 Baby-AT, a partir del Pentium ATX con una mejor organización que permite la instalación de más componentes. Los conectores se sitúan insertos verticalmente sobre la propia placa.

· Slot o socket para el microprocesador:

o PGA y Socket 7: Hasta el Pentium II, patillas en la parte inferior. En los modelos ZIF incluían una pequeña palanca para apretar el chip una vez colocado. Copiado por AMD y CYRIX entre otros

o Slot 1 y 2: Ranura similar a las PCI de 242 contactos. Pentium II y primeros Pentium III, y Xeon de la época. Esquema eléctrico patentado.

o Socket 370, 478 y 775: zócalo tipo ZIF para encapsulado PGA parecido al socket 7 pero incompatible. Intel Celeron/Pentium III, Pentium 4 y Pentium 4/D respectivamente.

o Slot A: AMD Duron

o Socket A: Tipo ZIF para encapsulado PGA. Creado por AMD para sus Duron, Athlon y Athlon XP

o Socket 939 y 940: Athlon 64 y Opteron

· Ranuras de expansión (PCI/ISA/AGP): Permiten ampliar la funcionalidad del equipo añadiendo tarjetas como tarjetas de vídeo, de sonido, capturadotas de video, modems, etc.

· Ranuras para la memoria: SIMM (72 contactos), DIMM (168 contactos) o RIMM(184 o 232 contactos), permitiendo según las características de la placa una de los tipos de memoria: FPM/EDO, SDR SDRAM, DDR SDRAM o Rambus.

· Puertos de Entrada/Salida

o Serie: Puerto de comunicaciones (COM) asíncrono. Utiliza una serie de direcciones de E/S y una IRQ.

o Paralelo: Tradicionalmente para conexión de impresoras, discos, escáneres, etc.

o USB: Evolución de los puertos serie y paralelo para todo tipo de periféricos. Hasta 126 dispositivos en cascada. Plug anda Play. USB 2 más rápido.

o Firewire:

· Chipset

o Conjunto de chips que controlan el flujo de información entre los subsistemas de un ordenador personal.

o Fabricados por Intel u otros como VIA o AMD.

o Incluye controlador de discos IDE, controlador del DMA, puente entre buses ISA y PCI, controlador de los USB, controlador gráfico, etc.

· BIOS: Programa alojado en una memoria ROM (EEPROM o FLASH) que incorpora la información necesaria para que el S.O. pueda manejar los dispositivos del ordenador. Así, en el proceso de arranque la BIOS se activa y recaba información sobre la configuración del equipo de la CMOS RAM BIOS alimentada por una batería. Además, busca en la unidad de disco la semilla del S.O. y procede a su carga. Incorpora un programa de configuración para el usuario.

· Fabricantes: Intel, Asus, Abit, GigaByte, etc.

4. Memoria

· DRAM (Dynamic Random Access Memory) usan condensadores como puntos de memoria, por lo que tienen a descargarse y necesitan ser refrescadas periódicamente.

· FPM y EDO: Tecnologías DRAM que han dejando de emplearse desde que se alcanzaran velocidades del BUS superiores a 50-66MHz a los que sí trabajaban adecuadamente.

· SDR SDRAM (Single Data Rate SDRAM)

o Más rápida que EDO.

o También conocida como SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) utiliza una entrada de reloj externa lo que le permite funcionar a la misma velocidad que el BUS de datos.

o Las velocidades típicas de trabajo de esta memoria son de 100-133MHz con tiempos de acceso de unos 8ns

· DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)

La evolución de los aceleradores gráficos 3D basados en el BUS AGP-AGPx8 estaba alcanzando la tasa máxima de transferencia de la SDR SDRAM, por lo que se hizo evidente la necesidad de utilizar memorias más rápidas

o Realiza una operación de lectura o escritura en cada flanco (ascendente o descendente) de la señal de sincronización, por lo que se duplica la tasa de transferencia de la memoria.

o Utiliza memoria una memoria EEPROM que permite la autocofiguración de la BIOS con respecto a la memoria.

· Rambus DRAM

o Fue la primera solución de Intel para placas base del PIV, pero por diversos motivos (coste e la solución y carácter cerrado de la misma al haber comprado Intel la patente) compañías de diseño de chipsets y placas y AMD empezaron a utilizar DDR-SDRAM que se hizo mas popular, por lo que Intel también adopto en ciertos diseños DDR SDRAM.

o Más avanzada que DDR-SDRAM pero más cara.

o Diversas especificaciones DDR-I y DDR-II y velocidades de BUS desde 100MHz hasta 800MHz (200-1600MHz efectivos) y tiempo de acceso de 2ns.

5. Subsistema de Almacenamiento

5.1. Controladores e Interfaces

· El interfaz es la conexión entre el mecanismo de la unidad de disco y el bus del sistema. Además del bus, el interfaz puede incorporar la circuitería que controla a la unidad de disco. Al conjunto se le conoce como tarjeta controladora de disco, no obstante, muchos equipos la incorporan en la placa principal del sistema.

5.1.1. IDE (Integrated Drive Electronics)

· ATA Paralelo: 8,3 MB/s

· ATA 2: 16,6 MB/s e introduce LBA que permite superar el límite de 512MB

· Ultra DMA-33/66/100/133

5.1.2. ATA Serie / Serial ATA

· Sustituye el bus paralelo de 16 bits por un esquema de comunicaciones serie.

· Introduce un nuevo tipo de cacle, más fino que los 80 hilos del Ultra DMA-133

· La primera especificación ofrece un ancho de banda de 150MB/s. Serial ATA II, alcanza los 300MB/s y permite una cadena de hasta 15 dispositivos conectados.

5.1.3. SCSI (Small Computer System Interface)

· Han existido varias versiones que han ido aumentando la tasa de transferencia desde los 5MB/s de SCSI-1 hasta los actuales 640MB/s del Ultra 640 SCSI.

· Hasta ahora Paralelo, pero se está empezando a usar el bus serie.

5.1.4. Fibre Channel

· Estándar que se refiere a la conexión de periféricos de almacenamiento externo con servidores y entre estos por medio de cables de fibra óptica y par de cobre.

· Actualmente hay especificaciones a 10Gb/s en distancias de varios metros a varios kilómetros.

5.2. Disco Duro

· Principal soporte utilizado como memoria masiva auxiliar

· Tiempos medios de acceso: del orden de 5 a 15 milisegundos

· Características: Es un disco que gira a gran velocidad (entre 4000 y 15000 rpm) recubierto por una fina película magnética. Puede tener una o varias cabezas de lectura escritura por superficie y una o varias superficies (disco). Se dividen en pistas (cilindros) y sectores (arcos).

· Clusters: Para conseguir un mayor rendimiento en E/S los bloques de información que se transfieren están constituidos por conjuntos de sectores denominados grupos o clusters que componen una unidad atómica de direccionamiento del disco. Cuanto mayor sea el número de sectores que conforma un grupo más espacio del disco será desperdiciado por archivos pequeños.

· Direccionamiento: para leer o grabar un sector del disco se lleva a cabo dando al periférico los números de cilindro, cabeza y lector. El brazo activa la cabeza y la sitúa encima de la pista correspondiente y espera a que el sector en cuestión se posicione bajo la misma.

· Caché: 128kB-16MB. Permite que la velocidad efectiva del periférico mejore considerablemente, copiando en esta los datos adyacentes en caso de lecturas y haciendo de memoria intermedia en el caso de escrituras.

· Cambio de discos en caliente: Algunos servidores con tecnologías SCSI o fibre channel y con carcasas extraíbles.

6. Subsistema de Video

· Tarjetas de vídeo

o Evolución desde CGA (320×200, 4 colores) VGA, SVGA,… UXGA(1600×1200, 24/32bits colores).

o Descargan al micro de funciones de procesado de gráficos y reducen el tráfico de información por los buses externos a la controladora.

o Aceleración 2D y 3D con procesado matemático mucho más intenso para CAD y juegos.

o BUS AGPx8 o PCI Express x16. Memoria hasta 512MB DDR, SDRAM o RamBus, y frecuencias entre 200MHz y 1GHz.

o Por ejemplo la recién estrenada GeForce 6600 GT PCI Express posee 512MB de GDDR3 a 1GHz y con 2ns de latencia, salida DVI para monitores TFT digitales, RAMDAC a 400MHz y tecnología de 11nm.

· Monitores

o Soporte sobre el que se visualizan las imágenes generadas por el ordenador.

o Parámetros característicos: Tasa de refresco máxima admisible, Capacidad de direccionamiento gráfico (resolución), Distancia entre dos puntos adyacentes.

o Tubo de rayos catódicos CRT: tubo de vacío en forma de pirámide de base rectangular. En la parte más estrecha del tubo existe un cañón de electrones que emite tres haces, uno por cada color básico (RGB). En el cuello una serie de elementos permiten modificar la trayectoria de los haces, con lo que los haces barren la pantalla línea a línea iluminando un material fluorescente al recibir el impacto del haz correspondiente. Tubo convencional, más planos y cuadrados o Trinitron (completamente plana).

o Monitores Planos (LCD): Utilizan dos capas de cristal líquido (compuesto inorgánico en un estado de transición entre sólido y líquido). Utilizando técnicas de polarización de la luz y aplicando campos eléctricos a las capas es posible permitir que la luz pase o no por cada punto del panel LCD, así como lograr que lo atraviese con diferentes intensidades (colores), con lo que se puede formar cualquier imagen que se desee. Consumen menos energía, son más pequeños, no se cargan electrostáticamente, son planos, tienen un parpadeo muy bajo (refresco superior) y utilizan tecnología digital (conectores DVI, no necesitan DAC en las tarjetas gráficas)

7. Subsistema de Audio

· Las primeras fueron AdLib y Sound Blasteeer de Creative Labs que permitia grabar y reproducir audio digital (en 8 bits), posterioremente Sound Blaster 16, 32, 64, etc. Las actuales permiten además añadir efectos como eco, coros, distonrsión controlada, etc.

· Actualmente las tarjetas suelen manejar 64 o 128 canales (128 instrumentos a la vez)

· Digitalización y reproducción del sonido: Convertir un tren de ondas analógico en su equivalente digital, almacenando los valores de amplitud de una onda a intervalos regulares de tiempos.

· MIDI: estándar adoptado por la industria musical y el mundo PC que regula la forma en que se conectan instrumentos y ordenadores, a través de qué cables y el formato de los mensajes que se intercambian. El núcleo de un sistema MIDI es un sintetizador que es capaz de generar el sonido correspondiente a cada uno de los posibles instrumentos.

8. Subsistema de Comunicaciones

8.1. Modems

· Dispositivos internos (PCI) o externos (Serie/USB) de comunicaciones.

· Modulación sobre línea analógica: Modulación/Demodulación de la onda portadora, Codificación/Decodificación de la información, sincronización a nivel de bit. Distintos estándares, actualmente V.90 a 56Kbps

· Modulación digital: RDSI de 64Kbps ó 128Kbps

· Modems/Routers ADSL

8.2. Tarjetas de Red

· Parte física de una red de área local que permiten a los ordenadores comunicarse con otros a través de los medios de comunicación.

· PCI/PCMCIA

· Estandar 100BASE-TX: Fast Ethernet a 100Mb/s y conectores RJ-45

Publicado: marzo 24, 2019 por Laura Gonzalez

Etiquetas: tema 8 informatica