TECNICA SISTEMAS TEMA: MICROPROCESADORES. SENA-CIES GUÍA No 6

OBJETIVO GENERAL: Conocer la estructura, sockets, slot y características generales

de los microprocesadores.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Describir la estructura interna del microprocesador. • Describir las principales características de los microprocesadores. • Describir las principales características de los sistemas de refrigeración del microprocesador. • Describir los sockets o slot donde se insertan los microprocesadores. 1. EL MICROPROCESADOR

Es el chip más importante de cualquier PC. Sin él un PC no podría funcionar. Otro nombre de

este componente es simplemente procesador o CPU (Central Processing Unit) que describe a

la perfección su papel dentro del sistema. Como ya antes habíamos mencionado La CPU o

microprocesador es aquella sección de un PC en la que se procesan los datos, se traen las

instrucciones de la memoria que se decodifican y se ejecutan. La velocidad con la cual la CPU

procesa la información internamente es medida en Mega Hertz (MHz) y Giga Hertz (GHz),

generalmente los procesadores con altas velocidades tienen la habilidad para correr

aplicaciones de entretenimiento o videos multimediales. Básicamente la CPU está formada por

tres partes: la ALU, la unidad de control y los registros, perteneciendo algunos de estos últimos

también a la ALU y a la unidad de control.*

LA ALU (UNIDAD LÓGICO ARITMÉTICA): La unidad lógico aritmética es la encargada de

realizar las operaciones aritméticas y lógicas dentro de la CPU. Las operaciones que

realiza la ALU se agrupan en:

• Operaciones aritméticas, tales como suma, resta, multiplicación y división. • Operaciones de lógica binaria tales como and, or, not y xor. • Operaciones de desplazamientos y rotaciones. • Transformaciones de operandos y/o formatos de numeración.

LOS REGISTROS: Son la unidad de memoria interna de la CPU, estos almacenan en forma

temporal los datos y los resultados de las operaciones. Los más comunes de una CPU son:

• Registro contador de Programa. PC • Registro de direccionamiento de memoria. MAR • Registros de propósito general • Registro de apuntador de Pila SP. • Acumulador (Pertenece a la ALU)* • Registro de estado.(Pertenece a al ALU)* • Registro de instrucciones IR (Pertenece a la unidad de control)*

LA UNIDAD DE CONTROL: Define la duración y secuencia de las operaciones,

genera las señales de reloj utilizadas para traer de la memoria una instrucción del

programa y ejecutarla. Su función es la de controlar y sincronizar la transferencia de

todos los datos.

1.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS MICROPROCESADORES Los parámetros o características más importantes de los procesadores actuales son: Velocidad del microprocesador y del Bus Datos, Numero de Bits y numero de núcleos. VELOCIDAD DEL MICROPROCESADOR: Es la velocidad con la cual la CPU procesa la información internamente. Es medida en Mega Hertz (MHz) y Giga Hertz (GHz). La frecuencia o velocidad de trabajo del microprocesador se obtiene como resultado de multiplicar la frecuencia de reloj del FSB (en MHz) por un factor multiplicador. VELOCIDAD DEL BUS DATOS (FSB): Es la velocidad máxima con que se recibe o transfiere información a los demás componentes del sistema, especialmente a la

memoria RAM, es diferente y menor a la velocidad del microprocesador. Se mide por lo general en MHz. NUMERO DE BITS: Se refiere al número de de bits del bus de datos 4, 8, 16, 32 bits y 64 bits que son todos los de hoy en día. NUMERO DE NÚCLEOS (solo para microprocesadores nuevos): El núcleo o CORE de un procesador, es en donde se llevan a cabo todos los procesos. El núcleo de un procesador combinado con el núcleo del tiempo controla los registros externos integrados con la lógica y la aritmética de la CPU. Actualmente, los procesadores se construyen con más de un núcleo en el mismo chip.

1.1 EL DISIPADOR DE CALOR Y COOLER O VENTILADOR DE REFRIGERACIÓN

Debido a la alta velocidad de procesamiento de información (Alta Frecuencia de trabajo) la temperatura se eleva pudiendo hacer que cualquier dispositivo sea inestable o se

destruya. Hoy en día todos los microprocesadores trabajan a gran velocidad por lo cual estos se calientan en gran medida (40-85ºC), lo que obliga a utilizar medios eficaces de refrigeración llamados disipadores de calor.

UN DISIPADOR es un objeto de superficie metálica (por lo general aluminio) con curvaturas sucesivas para aumentar la superficie de la misma. La idea consiste en que el disipador absorba el calor del micro para que seguidamente pase al aire. En la figura anterior el disipador de la izquierda (negro) es mejor que el derecho al poder circular el aire en más direcciones que en el primero al tener las crestas discontinuas. Los procesadores modernos vienen provistos de un disipador sobre el que va montado un ventilador cuya función es extraer hacia el exterior el aire caliente concentrado en el disipador. El ventilador se conecta directamente a la tarjeta principal por medio de un conector.

Al realizar el montaje del conjunto procesador-disipador-ventilador puede ser que el

procesador ya tenga incorporada una pequeña capa de material termoconductor que

permita una correcta transmisión del calor entre el microprocesador y el disipador. Si no es

así es necesario aplicar una capa de silicona termoconductora que cumpla dicha función.

1.2 LOS MICROPROCESADORES Y LA TARJETA PRINCIPAL.

A lo largo de la historia de los PC se han usado varios métodos para conectar los microprocesadores a la tarjeta principal o BOARD del PC. Aunque se han usado SLOT y SOCKET actualmente son los últimos los que se utilizan. ¿Que es un socket? Un socket es un conector que consta de una serie de pequeños agujeros siguiendo una matriz determinada, donde encajan los pines de los procesadores para permitir la conexión de los mismos con la tarjeta principal. Este tipo de conectores se basan en lo que se llama "Zero Insertion Force" ó "Fuerza de Inserción Cero", donde los procesadores pueden instalarse sin efectuar ninguna presión sobre ellos, facilitando el trabajo.

TIPOS DE SOCKETS Los socket son muchos y hay uno para cada tipo de procesadores por lo cual cada socket permite la conexión de microprocesadores específicos, A continuación se describen los tipos de sockets mas comunes desde lo mas antiguo a lo mas moderno.

SOCKET 1: 169 pines, trabajo a 5v. Es el primer socket estandarizado para 486. Era compatible con varios procesadores x86 de diferentes marcas AMD e INTEL. SOCKET 2: 238 pines, trabajo a 5v. Es una evolución del socket 1, soportaba los procesadores x86 de la serie 486SX, 486DX y 486DX Overdrive (antecesores de los Pentium). SOCKET 3: 237 pines. Es el último socket diseñado para los 486. Trabajo a 5v y 3.3V SOCKET 4: 273 pines, trabajo a 5v (60 y 66Mhz) . Fue el primer socket para procesadores Pentium. No tuvo mucha aceptación, ya que al poco tiempo Intel sacó al mercado los Pentium a 75Mhz . SOCKET 5: 320 pines trabajando a 3.3v (Una frecuencia entre 75Mhz y 133Mhz).

SOCKET 7: 321 pines, trabajo entre 2.5 y 5v, con una frecuencia de entre 75Mhz y

233Mhz. Procesadores soportados: Intel Pentium MMX, PENTIUM I, AMD K5 y K6 y Cyrix

6x86 (y MX) P120 - P233. Fue el último socket desarrollado para soportar tanto

procesadores Intel como AMD.

SOCKET 8: 387 pines, trabajo entre 2.1v y 3.5v. Es el primer socket desarrollado

exclusivamente para los Intel Pentium Pro y Pentium Overdrive En la practica fue muy

poco utilizado, ya que el Pentium Pro tuvo una vida bastante corta con la salida del

Pentium II que comenzó a utilizar el Slot 1. LOS SLOT INTEL

Con la salida al mercado de los Pentium II Intel cambió el sistema de conexión entre el

procesador y la tarjeta principal del tipo socket al tipo Slot. ¿Qué es un Slot? Se trata de

una ranura similar a las de las memoria RAM, pero con 242 contactos colocados en una

sola de sus caras. SLOT 1: Este sistema fue utilizado solo en los Pentium II y en los primeros Pentium III. Soportaba los siguientes procesadores: Pentium II (entre 233Mhz y 450Mhz), Celeron (entre 266Mhz y 433Mhz), Pentium III (entre 450Mhz y 600Mhz) y Pentium III coppermine (entre 450Mhz y 1.133Mhz). Aunque de aspecto idéntico AMD lanzo simultáneamente el

SLOT A Los cuales no eran compatibles entre sí, ya que las características de los mismos eran diferentes.

NUEVAMENTE LOS SOCKETS INTEL En vista de muchos inconvenientes con los slot, tanto INTEL como AMD, volvieron a los slot.

A continuacion se decriben brevemente los socket que continuaron del fabricante intel. SOCKET 370: 370 pines, trabajo entre 1.5v y 1.8v. Este socket sustituyó al Slot 1 para la utilización de Pentium III. Soporta los procesadores: Celeron entre 300Mhz y 500Mhz, Celeron y Pentium III coppermine entre 533Mhz y 1.133Mhz, Celeron y Pentium III entre 1.133Mhz y 1.400Mhz, así como los procesadores Cyrix III. SOCKET 423: Consta de 423 pines, trabaja entre 1.0v y 1.85v, con una frecuencia entre 1.4Ghz y 2Ghz. Fue el primer socket desarrollado para Pentium 4 fabricados entre noviembre de 2000 y agosto de 2001) Casi todas las “board” con socket 423 utilizaron los módulos de memoria del RIMM (Rambus Inline Memory Module).

SOCKET 478: El socket 423 fue sustituido rápidamente por el socket 478. Admite frecuencias superiores a 2GHz, consta de 478 pines. Es identificable, por su reducido tamaño y por su característico sistema de anclaje del disipador. Soporta una amplía gama de procesadores Intel tanto Celeron como Pentium 4. SOCKET 775: 775 contactos. Por primera vez se sustituye el sistema de pines (macho en

el procesador y hembra en el socket) por el de contactos. En este diseño se han puesto los

pines dentro del zócalo (socket) en vez de llevarlos el procesador. Tambien es llamado socket

tipo T. Soporta a procesadores Pentium 4, Pentium D, Celeron, Celeron D y Core 2 Duo.

SOCKET 1366: 1366 contactos, Soporta procesadores Intel Core i7, que se caracteriza por

presentar una arquitectura muy distinta a las anteriores líneas de procesadores. Entre las

novedades están, el puerto de comunicación directa entre el procesador y la memoria RAM y la

eliminación del FSB

LOS SLOT AMD SLOT A: Slot de 242 contactos, entre 1.3v y 2.05 v. Soportaba procesadores de entre

500Mhz y 1.000Mhz. Se usaron para los primeros procesadores K7. Estos tuvieron unos

rendimientos sorprendentes para su época. Aunque su aspecto fue idéntico al Slot 1, estos no

son compatibles entre si, ya que las características de los mismos son diferentes.

NUEVAMENTE LOS SOCKETS AMD SOCKET A: 462 pines, entre 1.1v y 2.05v. Bus de 100Mhz, 133Mhz, 166Mhz y 200Mhz (correspondientes a un FSB de 200, 266, 333 y 400 con bus de doble velocidad DDR). Socket muy utilizado por AMD, soportaba una gran variedad de procesadores Los procesadores que soporta son: AMD Duron (800 MHz - 1800 MHz), AMD Sempron (2000+ - 3000+), AMD Athlon (650 MHz - 1400 MHz) y AMD Athlon XP (1500+ - 3200+).Fue la primera plataforma que soportó un procesador de más de 1Ghz. SOCKET 754: 754 pines, entre 0.80v y 1.55v, con un bus de 200Mhz y FSB de 800, soportando HyperTransport. Soporta módulos de memoria DDR, que es gestionada directamente por el procesador. Sustituyó al socket A, a fin de agilizar el tráfico de datos y dar soporte a los nuevos procesadores AMD de 64 bits reales (AMD64), conocidos también como AMD K8. A partir de este socket se abandonan las sujecciones del disipador directamente al socket, sustituyéndose estas por una estructura adosada a la placa base, como se puede observar en la imagen del socket AM2. Soporta procesadores AMD Sempron (2500+ - 3000+) y AMD Athlon 64 (2800+ - 3700+) . Aun sigue utilizándose, sobre todo en equipos de bajo coste para algunos mercados, con procesadores Sempron. SOCKET 940: 940 pines, entre 0.80v y 1.55v, con un bus de 200Mhz y FSB de 800 y 1Ghz Soporta módulos de memoria DDR, los utilizan los procesadores AMD Opteron y los primeros AMD 64 FX (primeros dual core de alto rendimiento)

SOCKET 939: 939 pines, entre 0.80v y 1.55v, con un bus de 200Mhz y FSB de 800 llegando a los 2Ghz, soportando HyperTransport. Soporta módulos de memoria DDR, que es gestionada directamente por el procesador. Este socket soporta una amplia gama de procesadores, incluyendo ya toda la gama de procesadores de doble núcleo. La gama de procesadores soportados es la siguiente: AMD Sempron (a partir del 3000+), AMD Opteron (serie 1xxx), AMD 64, AMD 64 FX (FX 60) y AMD 64 X2. Este socket está siendo sustituido (al igual que los procesadores que soporta) por el nuevo socket AM2. SOCKET AMD2: Socket de 940 pines, entre 0.80v y 1.55v, con un bus de 200Mhz y FSB de

800 llegando a los 2Ghz, soportando HyperTransport. Soporta módulos de memoria DDR2, que

es gestionada directamente por el procesador. Su rendimiento es similar al de los equipos

basados en socket 939 (con procesadores AMD 64 con núcleo Venice y a igualdad

de velocidad de reloj), pero están diseñados para los módulos de memoria DDR2, teniendo además un consumo sensiblemente inferior. Los procesadores soportados son: AMD Sempron (núcleo Manila, 3000+ en adelante), AMD 64 (núcleo Orleans, 3500+ en adelante), AMD 64 X2 (núcleo Windsor, 3800+ en adelante) y AMD 64 FX (núcleo Windsor, FX-62 en adelante). OJO: A pesar de ser también de 940 pines, no hay que confundir este socket con el 940, ya que son totalmente incompatibles.

SOCKET F: Socket de 1207 contactos. Se trata de un socket desarrollado por AMD para la

nueva generación de AMD Opteron (series 2000 (doble núcleo) y 8000 (de cuatro

núcleos)) y FX (FX- 7x) Quad (de cuatro núcleos). Al igual que el socket 775 de Intel los

contactos son tipo pines en el socket y lisos en el procesador.

ACTIVIDAD MICROPROCESADORES

1. Describa brevemente la estructura interna de un microprocesador. 2. ¿Cuál es la diferencia entre velocidad del procesador y velocidad del bus de datos? 3. Se dice que un procesador de 200 Mhz es más rápido o más lento

que uno de 500 Mhz? Porque

4. Para que se usa la silicona termoconductora en el montaje de

los microprocesadores? 5. Describa con sus palabras como montaría un microprocesador en la

mainboard, teniendo en cuenta incluir todos los detalles de seguridad y

manipulación. Recuerde que un microprocesador es un dispositivo ESD. 6. Cuál es la diferencia entre un socket y un slot. 7. Como identificaría ud el número de pines y la referencia del socket o slot que tiene una main-board. 8. Cuál es la función de la palanca ubicada al lado de los sockets que alojan los microprocesadores. 9. A mayor número de núcleos la velocidad será mayor o menor? 10. Debido a que la temperatura en los microprocesadores es crítica, investigue alternativas o nuevas tecnologías para el sistema de refrigeración. Adicional a esto averigüe las herramientas administrativas (generalmente incluidas con el software del CD de la board) para monitorear la temperatura en un microprocesador. 11. ¿Qué tipo de usuario prefiere un microprocesador AMD?. ¿Qué tipo de usuario prefiere un microprocesador INTEL?. Esta pregunta se refiere a distinguir entre los usuarios según el tipo de aplicaciones (software) que usan. 12. Que otros procesadores aparte de AMD y de INTEL encontramos en el

mercado.

ANEXOS

COMO COLOCAR UN MICROPROCESADOR Y SU CORRESPONDIENTE DISIPADOR.

La colocación del microprocesador es una operación que si bien es muy fácil (quizás la

que mas), también es muy delicada, por lo que debemos hacerla con muchísimo

cuidado. Actualmente existen dos tipos diferentes de socket.

SOCKET 775, que es el utilizado por INTEL y SOCKET AM2, que es el utilizado por

AMD. También existe el SOCKET 939 de AMD, pero a efectos de colocación es

exactamente igual que el AM2. También vamos a explicar la correcta colocación del

disipador, ya que es fundamental para la instalación del microprocesador, puesto que sin este NO PODEMOS encender nuestro ordenador.

Como siempre, nos liberamos de cualquier carga estática que podamos tener (manilla) y

tenemos sumo cuidado en no tocar ni los contactos del microprocesador ni los sockets.

SOCKET 775 (INTEL): A diferencia de los microprocesadores anteriores (y de los AMD), los microprocesadores INTEL actuales (para socket 775) no llevan las tradicionales patillas, sino que van con contactos, siendo el zócalo en la placa base del que tiene las patillas (en realidad no son patillas, sino otros contactos realzados que ajustan en los del microprocesador). Estos microprocesadores llevan unas muescas en los laterales que deben coincidir con las guías del zócalo.

Imagen de un micro P4 775 y de su zócalo. Observar las muescas de posicionamiento.

En primer lugar quitamos las protecciones del zócalo de la placa base y abrimos este.

Imagen de un zócalo de 775 abierto Microprocesador Instalado

A continuación hacemos lo mismo con el microprocesador, sacándolo de su estuche y quitando las alfombrillas de protección. Colocamos el microprocesador dentro del zócalo haciendo coincidir las muescas y cerramos en zócalo con la palanquita que tiene, asegurando esta en su soporte. Ya tenemos colocado el microprocesador, ahora vamos a colocar el disipador. En la imagen superior derecha vemos un Microprocesador P4 775

ya colocado. Podemos observar los orificios para colocar el disipador. Abajo podemos ver la parte inferior de un disipador para 775 con sus enganches.

También a diferencia de otros sistemas, las placas para 775 no tienen un soporte para el disipador, sino que traen cuatro orificios donde se fija el disipador mediante unos enganches que traen estos. Quitamos en protector de plástico del disipador y comprobamos que tenga la pasta térmica (silicona). Normalmente vienen con una capa de pasta térmica que suele ser suficiente para la función que esta debe hacer, que no es otra que aseg urar un correcto contacto entre la superficie del microprocesador y la del disipador. Si no tuviera pasta térmica debemos aplicársela nosotros. La cantidad que debemos poner es la señalada en la jeringuilla para una aplicación. Debemos tener cuidado con esto, ya que al contrario de lo que se pudiera creer un exceso de pasta térmica no ayuda a la refrigeración, sino todo lo contrario Podemos ver un disipador con su capa de pasta térmica. Abajo a la derecha, varios tubos de pasta térmica..

Aplicación correcta de pasta térmica. Visto lo anterior, ponemos el disipador sobre el

microprocesador haciendo coincidir los enganches y apretamos estos hacia abajo hasta que

escuchemos un clic, que indica que ha quedado eng anchado. Debemos apretar estos

enganches en cruz (1 - 4 - 2 - 3) para no forzar ni el disipador ni el microprocesador.

Ventilador de 775 montado donde podemos ver bien los enganches del mismo. Una vez enganchado, comprobamos que ha quedado bien sujeto y conectamos el cable del ventilador en su conector, marcado en la placa base como CPU_FAN. Estos conectores pueden ser de 3 o de 4 pines, pero siempre vienen señalados los tres que debemos conectar. El cuarto es solo de control y no es imprescindible, por lo que se pueden poner tanto ventiladores con 3 pines en conectores con 4 como ventiladores con 4 pines. Abajo vemos el conector de 3 pines de un conector CPU_FAN y de su colocación..

SOCKET AM2 Y 939 (AMD): Los microprocesadores de ADM, de momento, sig uen empleando los tradicionales pines. Este sistema ha sido el empleado por todos hasta que INTEL sacó contactos en sus 775 Este sistema no es mejor ni peor, solo algo más delicados de manipular por la posibilidad de doblar o romper un pin. Estos zócalos llevan una de sus esquinas diferenciada para la correcta colocación del microprocesador. Una vez abierto el seguro (palanquita) del zócalo, sacamos con mucho cuidado el microprocesador de su estuche, sujetándolo por los bordes, y lo colocamos en el zócalo. Debe entrar sin hacer ninguna presión ni, por supuesto, forzarlo. Una vez en su correcta posición, ejercemos una ligera presión sobre el microprocesador y cerramos la palanquita.

Imágenes de un micro AM2 y de su zócalo. Marcada la esquina de control de

posicionamiento. Colocado el microprocesador, procedemos a la colocación del

disipador. Los disipadores para AM2 y 939 tienen un enganche bastante robusto, con

una palanca de fijación.

Disipador para AM2. Se aprecia la palanquita de afianciamiento. Cogemos en disipador y le quitamos la protección que trae. Al igual que con los disipadores para 775, comprobamos que tenga la capa de pasta térmica, y caso de no tenerla aplicamos esta sobre el microprocesador. Las placas base traen un soporte específico para estos disipadores. Lo colocamos en su correcta posición, sujetamos el enganche que no trae la palanquita y a continuación el que trae esta. Una vez correctamente fijado el disipador, procedemos a afianzarlo colocando la palanquita en su posición de cierre y a conectar el ventilador en la placa base.

SOCKET ANTERIORES (S-A, 754, 478, ETC.): Los zócalos anteriores a los 775 y AM2 son todos del tipo de pines en el micro, por lo que el sistema de colocación es el mismo que en el caso de los AM2. Dependiendo del tipo de socket, todos tienen una forma de identificar la correcta posición del microprocesador (normalmente una o dos esquinas sin pines o en el caso de los 478 una esquina con dos pines menos). Una vez liberado el seguro del zócalo (subir la palanquita), debemos colocar el microprocesador el microprocesador en su correcta postura SIEMPRE SIN FORZARLO, ejerciendo una vez que esté en su correcta posición una ligera presión sobre este y cerrando la palanquita. A continuación ponemos el disipador. Aquí podemos distinguir dos tipos diferentes de sujeciones:

Las placas para INTEL 478 llevan un soporte específico para los disipadores con cuatro

enganches. Como siempre, quitamos la protección del disipador y comprobamos que

tenga la capa de pasta térmica. Si no la trae, colocamos una dosis de esta y colocamos

el disipador en su correcta posición, colocando y afianzando los enganches de sujeción.

Micro y zócalo P4-478. Vean el soporte para el disipador.

Disipador para zócalo 478. Se aprecian las palancas de fijación. A la derecha, este disipador

por su parte inferior. El resto de los zócalos (y microprocesadores) tienen claramente

señalada una o dos de las esquinas para el correcto posicionamiento de estos en el zócalo.

En el resto de los zócalos la colocación del disipador es algo más delicada, ya que los

enganches de estos están integrados en el mismo zócalo. Los disipadores para estos

zócalos tienen dos enganches en una placa metálica que atraviesa el disipador. Uno de los

extremos es fijo y el otro puede ser fijo o una pieza móvil, en ambos casos normalmente con

una muesca para ayudarnos en su colocación con un destornillador de punta plana. Una vez

comprobado el tema de la pasta térmica, colocamos el disipador en su correcta posición y

afianzamos la sujeción fija. A continuación hacemos presión sobre la otra sujeción,

ayudándonos si es necesario con un destornillador de punta plana, hasta que quede

correctamente enganchada en su sitio. Debemos tener mucho cuidado de no romper las

pestañas de sujeción del zócalo y de que no se nos escape el destornillador de su

emplazamiento y dañemos la placa base. Como siempre, una vez comprobado que el

disipador está correctamente colocado procedemos a conectar ventilador a la placa base.

Imagen de un AMD K7 y su correspondiente zócalo.

Dos disipadores para zócalos del tipo anterior, en los que los enganches del

disipador están en el propio zócalo. Podemos observar la muesca para ayudarnos

con el destornillador.

Disipadores para socket tipo 7/A y similares. Vean el rebaje en uno de los lados

para ajustar en la parte superior del zócalo.