1. El procesador:
La elección del procesador restringe mucho las opciones. Para eso necesitamos conocer los criterios básicos para la selección del procesador y son los siguientes:
- Rendimiento.
- Coste.
- Consumo de energía.
El peso de los criterios depende del tipo de computador, por ejemplo:
- 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.
- 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 deIntel 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.
1.1 Parámetros de los Procesadores:
Se trata de resumir las características de los procesadores mediante unos parámetros numericos, de tal forma que sea sencillo comparar dos procesadores. Dentro de los parámetros se 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.
1.1.1 Parámetros de los Procesadores: 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.
1.1.2 Parámetros de los Procesadores: 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 y 291 millones de transistores.
• En la actualidad se emplean 6 transistores por celda de cache. 2 MBytes de cache: 100 millones de transistores.
1.1.3 Parámetros de los Procesadores: 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.
1.1.4 Parámetros de los Procesadores: 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.
1.1.5 Parámetros de los Procesadores: 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.
1.1.6 Parámetros de los Procesadores: Frecuencia del 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.
1.1.7 Parámetros de los Procesadores: 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.
1.1.8 Parámetros de los Procesadores: 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.
1.1.9 Parámetros de los Procesadores: Ancho de 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.
1.1.10 Parámetros de los Procesadores: 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.
1.1.11 Parámetros de los Procesadores: 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.
1.1.12 Parámetros de los Procesadores: 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 939 9 ó 940 pines.
1.1.13 Parámetros de los Procesadores: 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.
1.1.14 Parámetros de los Procesadores: 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.
1.1.15 Parámetros de los Procesadores: 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.
1.2. 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 64 3500+ es más potente que el Athlon 64 3000+.
• 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.
