Arquitectura de Computadoras

Componentes y Funcionamiento

Chipset

El chipset es el corazón de la placa base y define muchas de sus características. Sus funciones principales incluyen:

  • Frecuencia del bus del sistema: Es la principal vía de comunicación en la placa base. Su frecuencia, que depende del chipset y del microprocesador, varía entre 333, 400, 533 y 800 MHz.
  • Bus de comunicación entre los chips: Determina el rendimiento del chipset.
  • Estándares de memoria soportados: Como SDRAM, DDR, etc.
  • Interfaces de almacenamiento: ATA/100-133 y Serial ATA.
  • Soporte AGP: AGP 3.0.
  • Puertos USB: Hasta 8 puertos USB 2.0.
  • Audio: Compatible con AC’97 2.2, seis canales y Dolby Digital 5.1.
  • Integración de periféricos: Modem MC’97 y tarjeta de red Ethernet 10/100.

Memoria Principal

Almacena la configuración del equipo, los programas en ejecución y los datos necesarios para su funcionamiento. Se divide en dos tipos principales:

  • RAM (Memoria de Acceso Aleatorio): Volátil, pierde su contenido al apagar el equipo. Permite la lectura y escritura de datos.
  • ROM (Memoria de Solo Lectura): No volátil, conserva su contenido incluso sin corriente. Solo permite la lectura de datos.

La RAM es más rápida que la ROM. El acceso a la memoria está controlado por la MMU (Unidad de Gestión de Memoria) del chipset. Las limitaciones de la memoria incluyen:

  • Límite de direccionamiento: Determinado por el número de bits del bus de direcciones.
  • Limitaciones del chipset: El chipset impone ciertas restricciones.
  • Encapsulado físico: El uso de módulos SIMM, DIMM o RIMM limita la cantidad de memoria que se puede instalar.

Memoria ROM BIOS

Contiene las instrucciones de inicio del sistema, almacenadas en chips de solo lectura no volátiles. Existen diferentes tipos de ROM:

  • PROM (ROM programable): Se programa una sola vez.
  • EPROM (ROM programable y borrable): Se puede borrar y reprogramar mediante un dispositivo especial.
  • EEPROM (ROM programable y borrable eléctricamente): Se puede borrar y reprogramar eléctricamente sin necesidad de retirarla del PC.

El proceso de arranque incluye:

  • Autotest de arranque (POST).
  • Inicialización y carga del sistema operativo.
  • Manejo de interrupciones de hardware.
  • Servicios del sistema.

Memoria RAM

Almacena el programa en ejecución y las variables necesarias para su funcionamiento. Permite el acceso aleatorio a cualquier posición de memoria. Su tamaño depende de las necesidades del software.

Bus de Memoria

Transporta las direcciones de memoria y los datos que se van a leer o escribir. Se divide en:

  • Bus de direcciones: Contiene la dirección de memoria.
  • Bus de datos: Transporta los datos.

El ancho de banda del bus, determinado por el número de bits, limita la cantidad de memoria direccionable. La frecuencia del microprocesador suele ser mayor que la del bus de memoria.

Tipos de Memoria RAM

  • Asíncrona (DRAM): No está sincronizada con el reloj del sistema.
  • Síncrona (SDRAM): Utiliza un reloj para sincronizarse con el sistema. Incorpora técnicas como bancos de celdas y modo burst.

Tipos de Memoria DRAM

  • SRAM (Estática): No necesita actualización constante de la información.
  • DRAM (Dinámica): Necesita actualización constante de la información. Se subdivide en:
    • FPM (Fast Page Mode): Trabaja con páginas de memoria.
    • EDO (Extended Data Out): Permite acceder a una nueva columna mientras se lee otra.
    • BEDO (Burst EDO): Utiliza pipeline y ráfagas de datos.
    • SDRAM (Synchronous DRAM): Sincronizada con el reloj del microprocesador. Alcanza velocidades de hasta 100 MHz y, con el bus de 800 MHz, un ancho de banda de 6.4 GB/s.
    • DDR2: Trabaja a 1.8V.
    • DDR3: Velocidad de reloj de 400-800 MHz, voltaje de 1.5V, chips de hasta 8 Gbits y mayor latencia que DDR2.
    • RDRAM (Rambus DRAM): Utiliza un chip para informar a la placa base sobre las características del módulo de memoria.

Encapsulados de Memoria

  • DIP: 16 patillas en un encapsulado rectangular.
  • SOJ: Encapsulado en forma de J.
  • TSOP: Patillaje fino y pequeño.

Módulos de Memoria

  • SIP: 9 chips en una pequeña placa.
  • SIMM: 30 o 72 contactos. Almacenan 8 o 32 bits respectivamente.
  • DIMM: 168 o 184 contactos. Almacenan 64 bits.
  • RIMM: Alcanza velocidades de 800 MHz. 80 pines (512 MB) o 62 pines (256 MB).
  • SO-DIMM: Para portátiles, 200 pines y 64 bits.

Memoria Caché

Almacena datos e instrucciones frecuentes para acelerar el acceso del microprocesador.

  • Caché primaria (L1): Integrada en el microprocesador. De tipo SRAM y tamaño entre 32 KB y 128 KB.
  • Caché secundaria (L2, L3): Más lenta y de mayor tamaño que la caché primaria. Utiliza métodos de escritura write-back y write-through.

Bus PCI

Conecta el microprocesador y la memoria al resto del sistema. Permite la transferencia de datos a velocidades de 132-264 MB/s. Soporta tarjetas de 32 y 64 bits. Permite la configuración automática de tarjetas (Plug & Play).

Bus USB

Bus serie para la conexión de periféricos. Permite la conexión en caliente de hasta 127 dispositivos. La versión 2.0 alcanza velocidades de 480 Mbit/s.

USB 3.0 (SuperSpeed)

Alcanza velocidades de 5 Gbit/s (500 MB/s en bruto y full-duplex). En la práctica, se espera que alcance 400 MB/s. Compatible con versiones anteriores. Mayor potencia por puerto (hasta 900 mA). Utiliza un cable azul (Pantone 300C).

Firewire (IEEE 1394)

Diseñado para dispositivos de alta velocidad. Ancho de banda de 100-400 Mbit/s. Permite la conexión en caliente de hasta 63 dispositivos. Comunicación peer-to-peer (P2P). Alcanza velocidades de hasta 800 Mbit/s full-duplex. Diversos tipos de cable. Posibilidad de alimentar dispositivos de alto consumo (hasta 45W a 30V).