hardware del pc

Tema 1: El hardware
Objetivo
de de
loslacomputadores
asignatura personales
El objetivo principal de esta asignatura es capacitar al alumno
para la realización de labores de mantenimiento del hardware
y firmware del computador.
José María López López
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Tema 1: El hardware de los computadores personales
1.1 Introducción
• Descripción de los elementos hardware de los computadores.
• Usamos el PC como ejemplo.
• Elementos hardware:
Caja y fuente de alimentación, placa base, procesador,
refrigeradores, módulos de memoria, unidad de disco
flexible, unidad de disco duro, unidad óptica (CD,DVD),
teclado, dispositivo apuntador (ratón), tarjeta de vídeo,
pantalla, tarjeta de sonido, altavoces, tarjeta de red,
tarjetas controladoras varias (controladora SCSI, Firewire,
etc.), tarjeta capturadora de vídeo, cables varios, tornillería,
etc.
• Todos los elementos anteriores están definidos por
especificaciones.
• Las especificaciones aseguran la compatibilidad.
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Tema 1
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Tema 1: El hardware de los computadores personales
1.1 Introducción(continuación)
• La tecnología tiene un periodo de validez breve => la
asignatura se basará en conceptos lo más persistentes que sea
posible.
• En este tema se tratan los elementos que constituyen “el
corazón hardware del PC”:
Ø Procesador (o CPU).
Ø Disipadores de calor.
Ø Módulos de memoria.
Ø Placa base.
Ø Caja y fuente de alimentación.
• Lo que constituye el corazón del PC es discutible. ¿El disco duro
no es lo suficientemente importante para incluirlo?
• En temas sucesivos de tratarán los demás elementos hardware
del PC.
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1.2 El procesador
• La elección de componentes es una tarea muy ardua.
• La elección del procesador restringe mucho las opciones.
• Criterios básicos de selección del procesador:
Ø Rendimiento.
Ø Coste.
Ø Consumo de energía.
• El peso de los criterios depende del tipo de computador:
ØUso intensivo de la CPU o labores de servidor=> Importa
mucho el rendimiento, el coste es menos importante y el
consumo de energía suele ignorarse.
ØEquipos de sobremesa típicos => Importa mucho el coste.
El rendimiento y el consumo de energía son menos
importantes.
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1.2 El procesador (continuación)
Ø 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:
Ø Performance (prestaciones elevadas). Ej: Pentium Xeon de
Intel y Opteron de AMD.
Ø Mainstream (prestaciones medias). Ej: Pentium D de Intel
y Athlon 64 de AMD.
Ø Value (bajo coste). Ej: Celeron de Intel y Sempron de
AMD.
Ø Mobile (portátil). Ej: Intel Core Solo y Turion 64 de AMD.
NOTA IMPORTANTE: No todo es Intel y AMD, ni todo es PC.
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1.2.1 Parámetros de los procesadores
• Se trata de resumir las características de los procesadores
mediante unos parámetros numéricos, de tal forma que sea
sencillo comparar dos procesadores.
• Dentro de los parámetros 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.
• Veremos en detalle cada uno de los parámetros anteriores.
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Tema 1: El hardware de los computadores personales
1.2.1 Parámetros de los procesadores (continuación)
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.
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1.2.1 Parámetros de los procesadores (continuación)
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 mm2 y 291 millones de transistores.
• En la actualidad se emplean 6 transistores por celda de cache.
¡¡¡¡ 2 MBytes de cache => 100 millones de transistores !!!!
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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.
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1.2.1 Parámetros de los procesadores (continuación)
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.
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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:
Ø 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).
Ø 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.
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Frecuencia de 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.
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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.
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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.
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Velocidad de transferencia (continuación)
• El siguiente enlace proporciona información sobre CPUs con
múltiples núcleos y la tecnología Direct Connect de AMD. En esta
tecnología, la conexión de componentes se hace a través de
canales con tecnología hypertransport.
http://multicore.amd.com/WhatIsMC/
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1.2.1 Parámetros de los procesadores (continuación)
Ancho del 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 236 = 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 240 = 1
Tbyte (terabyte) de memoria física.
• Algunos procesadores de 64 bits de Intel siguen manteniendo
no obstante, los 36 bits de direcciones.
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1.2.1 Parámetros de los procesadores (continuación)
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.
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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.
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1.2.1 Parámetros de los procesadores (continuación)
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
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1.2.1 Parámetros de los procesadores
Encapsulado (continuación)
LGA 775
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Socket 939
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1.2.1 Parámetros de los procesadores (continuación)
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.
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1.2.1 Parámetros de los procesadores (continuación)
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.
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1.2.1 Parámetros de los procesadores (continuación)
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.
Ver la especificación de una CPU
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1.2.2 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.
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1.3 El sistema de refrigeración
• La refrigeración es un elemento clave en los computadores
actuales, especialmente los de altas prestaciones.
• Cuando el calor generado es relativamente bajo se emplean
disipadores en contacto con el elemento a refrigerar.
• La figura muestra un disipador de cobre. Los de aluminio, de
color plateado, refrigeran peor pero son más baratos. Los hay
con base de cobre y aletas de aluminio.
aletas
base
La parte inferior de la base se une al elemento a disipar con una pasta
conductora de calor
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1.3 El sistema de refrigeración (continuación)
• La refrigeración anterior era pasiva, pues se llevaba a cabo por
convección natural.
• En muchos casos la cantidad de calor a disipar es tan
importante que es necesaria convección forzada, empleando
ventiladores que enfrían el disipador (ver figura).
Otra posibilidad es el empleo
de refrigeración líquida, la cual
tiene el inconveniente del
coste y el riesgo de posibles
fugas de líquido.
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1.3.1 Parámetros de los refrigeradores
• Se trata de resumir las características de los refrigeradores
mediante unos parámetros numéricos, de tal forma que sea
sencilla la elección correcta.
• Ignoramos los refrigeradores líquidos por su elevado coste y
escasa implantación actual.
• Dentro de los parámetros destacan:
Características mecánicas, material del disipador, velocidad
del ventilador, flujo de aire del ventilador, presión de aire del
ventilador, nivel de ruido del ventilador, resistencia térmica,
vida del ventilador, conexiones eléctricas, capacidad de
regulación y precio.
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1.3.1 Parámetros de los refrigeradores (continuación)
Características mecánicas
• Largo, ancho, alto y peso.
• Indican además el tipo de zócalo. Ej: socket LGA 775.
Material del disipador
• Aluminio (plateado), cobre (rojizo) o combinación de ambos.
• El cobre es mejor que el aluminio, pues su resistencia térmica
es menor => desaloja mejor el calor.
• Los de cobre son más caros.
• Es posible combinar el cobre y aluminio: base o núcleo de
cobre y aletas de aluminio.
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Velocidad del ventilador
• Suele expresarse en revoluciones por minuto (rpm).
• A mayor velocidad, mayor flujo de aire que enfría el disipador y
menor temperatura del dispositivo a refrigerar.
Flujo de aire del ventilador
• Indica el volumen de aire por unidad de tiempo que inyecta el
ventilador al disipador.
• Suele venir dado en Cubic Feet per Minute (CFM), o pies
cúbicos por minuto.
• El flujo de aire es proporcional a la velocidad de giro del
ventilador.
• Cuanto mayor es el flujo de aire, más enfría el disipador y más
frío se encuentra el dispositivo a refrigerar.
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Presión de aire del ventilador
• Presión del aire que inyecta el ventilador sobre el disipador,
con respecto a la atmosférica.
• Suele medirse en milímetros de columna de agua (mm H2O).
• A mayor presión, mayor densidad del aire, mayor es el
enfriamiento del disipador y por lo tanto menor es la
temperatura del elemento a refrigerar.
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Resistencia térmica del refrigerador
• Es el parámetro que resume todas las características térmicas
anteriores (material del disipador, velocidad del ventilador, flujo
de aire y presión del aire).
• Relaciona la temperatura del elemento a refrigerar con la
temperatura ambiente. Suele expresarse en grados centígrados
por vatio (ºC/W).
• Por ejemplo, si una CPU disipa 60 W y la resistencia térmica es
de 0,3 ºC/W, resulta que la CPU se encuentra a una temperatura
0,3 x 60 = 18 ºC por encima de la temperatura dentro de la
caja. Si la temperatura dentro de la caja es de 35 ºC, la CPU
tiene entonces una temperatura de 53 ºC.
• Cuanto menor es la resistencia térmica del refrigerador, menor
es la temperatura del elemento a enfriar.
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Nivel de ruido del ventilador
• Es un parámetro especialmente importante en el caso de los
ordenadores de sobremesa.
• El ruido es producido por las variaciones de presión que el
ventilador transmite al ambiente.
• Se incrementa notablemente con la velocidad de giro del
ventilador.
• El nivel de ruido suele medirse en decibelios, dB(A). La “A”
indica que el medidor tiene en cuenta la sensibilidad del oído
humano. Percibimos mejor los ruidos de alta frecuencia que los
de baja frecuencia.
• Por encima de los 25 decibelios el ruido empieza a ser
“molesto”.
• Otra unidad cada vez más usado son los sones.
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Vida del ventilador
• El ventilador sufre un desgaste mecánico por el continuo
movimiento de rotación.
• Los fabricantes suelen indicar un periodo de vida en horas o un
tiempo medio entre fallos (Mean Time Between Failures, MTBF).
• Es un parámetro de nombre engañoso, difícil de comprobar,
por lo que casi es mejor fijarse en los años de garantía que
proporciona el fabricante.
Conexiones eléctricas
• Los ventiladores necesitan energía eléctrica para poder girar,
que obtienen de un conector de la placa base.
• En la actualidad disponen de un medidor de velocidad interno
que permite conocer su velocidad en todo momento. Si el
ventilador deja de girar o lo hace a baja velocidad, el software o
el hardware puede tomar medidas como el apagado del sistema.
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1.3.1 Parámetros de los refrigeradores (continuación)
Capacidad de regulación
• Algunos permiten regular manualmente la velocidad de
rotación del ventilador.
• Se trata fundamentalmente de ajustar la velocidad de rotación
para reducir los niveles de ruido. Ej: las necesidades de
refrigeración en invierno son menores que en verano, por lo que
se puede optar por reducir la velocidad de rotación, bajando el
ruido.
• Muchos refrigeradores actuales tienen una entrada que permite
controlar la velocidad de giro.
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1.3.1 Parámetros de los refrigeradores (continuación)
Precio
• Salvo en casos muy especiales (refrigeradores líquidos o de
diseño), los refrigeradores suelen ser elementos relativamente
baratos (habitualmente de precio inferior a 40 euros).
• Una refrigeración pobre puede bajar sensiblemente el
rendimiento del sistema, provocar cuelgues, o incluso “quemar”
el elemento a refrigerar.
• Es una mala política “tacañear” con los refrigeradores,
poniéndolos demasiado justos.
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Ejemplo de especificaciones de refrigerador (cooler)
Socket Type: AMD K8 (Socket 754 / 939 / 940) and Intel P4 (Socket 478)
Heat Sink Dimension: 108 x 108 x 74 mm
Heat Sink Material: 100% Copper
Fan Dimension: 92 x 92 x 25 mm
Fan Speed: 1400 ~ 3000 rpm
Fan Airflow: 26.84 ~ 57.51 CFM
Fan Air Pressure: 0.036 in-H2O ~ 0.165 in-H2O
Fan Life Expectancy: 40,000 hrs
Bearing Type: Rifle Bearing
Voltage Rating: 5 ~ 13.8 V
Noise Level: 16.6 ~ 33.2 dBA
Connector: 4 Pin (Power Input), 3 Pin (Speed Detection)
Weight: 730g (Without Fan)
Thermal Resistance: Rja 0.39 ~ 0.31 C/W
Application: P4 all Frequencies and K8
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1.2.2 Selección del refrigerador
• En primer lugar, el refrigerador debe ser físicamente
compatible con el dispositivo a enfriar (ej, el zócalo de la CPU).
• En algunas ocasiones los fabricantes CPUs venden
refrigeradores junto a las CPUs. No obstante, suelen ser bastante
ruidosos.
• Debemos fijarnos en los modelos de CPUs soportados que
indica el fabricante, aunque a veces son un poco optimistas
respecto al rendimiento de sus refrigeradores.
• Nunca elegir un refrigerador que “ande justo”.
• La pasta conductora elegida, así como su correcta disposición,
puede rebajar unos grados la temperatura del dispositivo.
• Los dispositivos que están dentro de la caja se enfrían con el
aire que está dentro de la caja. Por lo tanto, de nada sirve
disponer de un buen refrigerador de CPU si el aire caliente dentro
de la caja no se enfría correctamente.
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1.4 Los módulos de memoria
• La memoria del computador se construye empleando
semiconductores.
• Hay tres tipos de tecnologías de memoria en el computador:
Ø Memoria no volátil (ROM, EPROM, FLASH). No pierde la
información cuando desparece la alimentación, pero es muy
lenta. Se usa para la BIOS.
Ø Memoria cache (SRAM). Pierde la información cuando
desaparece la alimentación, es muy cara, pero es muy
rápida.
Ø Memoria principal (DRAM). Pierde la información cuando
desaparece la alimentación y cuando no se refresca, tiene
una velocidad intermedia, pero es muy barata.
• La memoria principal se agrupa en módulos que contienen
chips de memoria DRAM. Esto permite configurar y reparar la
memoria principal de forma muy simple.
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1.4 Los módulos de memoria (continuación)
• Los módulos de memoria se conectan al controlador de
memoria del sistema, integrado en el Memory Hub Controller
(MCH), soldado a la placa base o formando parte de la CPU.
• Los módulos de memoria actuales disponen de una pequeña
memoria serie no volátil que permite la identificación de los
parámetros del módulo. Este mecanismo de identifificación se
denomina Serial Presence Detect (SPD). Por ejemplo, esta
información la usa el MCH para ajustar la frecuencia de trabajo
del módulo.
• Los módulos de memoria más empleados incorporan memoria
Double Data Rate (DDR2).
• Cada módulo de memoria dispone de 64 líneas de datos.
• En el mercado hay módulos de memoria DDR2 y módulos DDR.
Los primeros son una versión mejorada de los últimos. No
obstante, la filosofía de funcionamiento es la misma.
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1.4.1 Parámetros de los módulos DDR y DDR2
• Se trata de resumir las características de los módulos de
memoria DDR y DDR2 mediante unos parámetros, de tal forma
que sea sencilla la elección correcta o comparación de módulos.
• Dentro de los parámetros destacan:
Geometría y número de contactos, encapsulado de chips de
memoria, número de bancos, capacidad, velocidad, detección
y corrección de errores, registro de señales, tensión de
alimentación y consumo de energía.
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1.4.1 Parámetros de los módulos DDR y DDR2 (continuación)
Geometría y número de contactos
• La geometría de los módulos DDR y DDR2 permite distinguirlos
de otros módulos de memoria y distinguir además diferentes
tipos de módulos DDR entre sí.
• Los módulos de memoria y sus ranuras de conexión tienen una
geometría que impide conectar módulos equivocados.
• La geometría y número de contactos depende de:
Ø El espacio disponible en el computador. Hay módulos de
tamaño DIMM (los habituales), SO-DIMM (portátiles),
MiniDIMM (blade servers) MicroDIMM (portátiles pequeños).
Ø Si el módulo es de tipo registered o unbuffered.
Ø Si el módulo incluye lógica de detección y corrección de
errores (ECC).
Ø Si el módulo es DDR o DDR2.
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1.4.1 Parámetros de los módulos DDR y DDR2
Geometría y número de contactos (continuación)
• Comparación de un módulo DIMM DDR2 y un módulo DIMM
DDR.
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1.4.1 Parámetros de los módulos DDR y DDR2 (continuación)
Geometría y número de contactos (continuación)
• En la práctica los fabricantes no construyen todas las
combinaciones de los factores anteriores. Sólo las que se
muestran en la figura.
• Los módulos registered suelen emplearse en servidores e
incluyen además detección y corrección de errores.
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1.4.1 Parámetros de los módulos DDR y DDR2 (continuación)
Encapsulado
• El encapsulado de los chips DRAM del módulo permite
distinguir fácilmente un módulo DDR de uno DDR2.
Chips DRAM
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1.4.1 Parámetros de los módulos DDR y DDR2 (continuación)
Número de bancos del módulo
• Los módulos pueden tener 1, 2 ó 4 bancos, cada uno de los
cuales es capaz de proporcionar 64 ó 72 bits.
• El empleo de 2 o más bancos es común en servidores para
disponer de módulos de mayor capacidad.
• Cada banco requiere una señal de selección de chip, por lo que
el empleo de módulos de dos o más bancos requiere
compatibilidad con la placa base.
Capacidad
• La capacidad es un parámetro fundamental de cualquier
dispositivo de almacenamiento, como es un módulo de memoria.
• La capacidad suele expresarse en MBytes o Gigabytes.
• En la actualidad, la capacidad de los módulos de memoria DDR
varía entre 128 Mbytes y 2 Gigabytes.
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1.4.1 Parámetros de los módulos DDR y DDR2 (continuación)
Velocidad
• La velocidad suele expresarse en función de la velocidad de
transferencia teórica y la latencia.
• La velocidad de transferencia teórica indica la velocidad
máxima del módulo (en Gigabytes por segundo) en condiciones
ideales durante una ráfaga.
• Los módulos DDR y DDR2 acceden a dos datos de 64 bits cada
uno en cada ciclo de reloj (se trata de memorias síncronas).
• Un módulo con frecuencia de 200 MHz accede en condiciones
ideales a 200 M x 2 datos cada segundo => una velocidad de
transferencia teórica de 3,2 GBytes/segundo.
• Los módulos de memoria DDR suelen nombrarse DDR-xxx,
donde xxx es la frecuencia efectiva, medida en Mdatos/segundo.
Ej: un módulo de frecuencia de reloj 200 MHz se denotaría
DDR-400.
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1.4.1 Parámetros de los módulos DDR y DDR2
Velocidad (continuación)
• Los módulos de memoria DDR también suelen nombrarse como
PC-yyyy, donde yyyy indica la tasa de transferencia teórica en
MBytes/segundo. Ej: un módulo DDR-400 se nombraría PC-3200.
• Para nombrar los módulos DDR2 se sigue un criterio similar.
Por ejemplo, un módulo DDR2 de frecuencia de reloj 400 MHz se
nombraría DDR2-800 o PC2-6400.
• La latencia indica los tiempos máximos necesarios para acceder
al módulo de memoria fuera de una ráfaga.
• La latencia suele indicarse mediante tres valores, ej: 3-4-4.
Cada uno de estos valores indica un número de ciclos de reloj del
módulo de memoria (los módulos DDR y DDR2 son síncronos) y
son por tanto relativos a su frecuencia de reloj.
• Lo interesante es que sean lo más bajos posibles,
principalmente el primero de ellos, denominado CAS latency.
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1.4.1 Parámetros de los módulos DDR y DDR2
Velocidad (continuación)
• En la actualidad es habitual usar los módulos en modo
multicanal para aumentar la velocidad de la memoria.
• Trabajando en modo bicanal (2 canales), el controlador de
memoria puede acceder a dos módulos a la vez, mejorando la
latencia y la velocidad de transferencia teórica. Ej: empleando
dos módulos DDR2-800 en modo bicanal, la velocidad de
transferencia pasa de 6,4 Gbytes/segundo a 12,8
Gbytes/segundo.
• Los módulos de memoria en modo multicanal son los de
siempre, lo único que cambia es el controlador de memoria.
• Para trabajar en modo multicanal el controlador de memoria
suele requerir que los módulos sean iguales, pero hay
controladores que no plantean esta restricción.
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1.4.1 Parámetros de los módulos DDR y DDR2 (continuación)
Detección y corrección de errores
• Característica presente en los módulos de memoria empleados
en servidores y en la memoria cache.
• Los módulos de memoria está sujetos a errores transitorios que
afectan a una o varias celdas sin causar daño físico. Las causas
son:
Ø Rayos cósmicos (partículas subatómicas de alta energía).
Ø Partículas alfa (emitidas por materiales radioactivos).
Ø Interferencias de radiofrecuencia.
Ø Variaciones en la tensión de alimentación.
• La frecuencia de aparición es proporcional a la capacidad del
módulo. En los módulos actuales puede llegar a ser inferior a un
mes.
• Alguna de las causas, como los rayos cósmicos, son
difícilmente evitables => hay que convivir con los errores.
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1.4.1 Parámetros de los módulos DDR y DDR2
Detección y corrección de errores (continuación)
• Para detectar y corregir errores suelen emplearse códigos ECC
(Error Correcting Code).
• Los códigos ECC empleados en los módulos de memoria
actuales son capaces de detectar dos bits erróneos de entre los
64 bits de datos y corregir un bit erróneo. Esto requiere 8 bits
más.
• Los módulos de memoria que incorporan ECC tienen 72 líneas
de datos en lugar de 64.
• La detección y corrección de errores es transparente al módulo,
pues es el controlador de memoria, el encargado de generar a
partir de los 64 bits de datos los 8 bits adicionales durante una
escritura, y comprobar los 8 bits adicionales frente a los 64 de
datos durante la lectura.
• La inclusión de ECC incrementa el precio del módulo.
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1.4.1 Parámetros de los módulos DDR y DDR2 (continuación)
Registro de señales
• Se trata de una característica que incorporan los módulos de
memoria empleados en servidores.
• Cuando los módulos de memoria contienen gran cantidad de
chips de memoria (para tener una gran capacidad) aparecen
problemas eléctricos, y es necesario emplear un registro para
cada señal de direcciones y control que recibe el módulo.
• El registro de señales incrementa las latencias en un ciclo de
reloj del módulo.
• Los módulos de memoria que llevan a cabo el registro de
señales se denominan registered.
• Los módulos de memoria más habituales no incorporan esta
característica y se denominan unbuffered.
• El registro de señales incrementa el precio del módulo.
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1.4.1 Parámetros de los módulos DDR y DDR2 (continuación)
Tensión de alimentación
• Característica que indica la modernidad del módulo de
memoria.
• Los módulos de memoria DDR emplean 2,5 voltios, mientras
que los DDR-2 emplean 1,84 voltios.
Consumo de energía
• Los módulos DDR2 consumen aproximadamente la mitad de
energía que los módulos DDR de igual capacidad y frecuencia de
reloj.
• Por ejemplo, un módulo de memoria DDR-400 de 512 Mbytes
puede llegar a consumir unos 20 vatios.
• La refrigeración de los módulos de memoria debe tenerse en
consideración.
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1.4.2 Selección de los módulos de memoria
• La geometría (DIMM, SO-DIMM, etc.) viene dada por el tipo de
computador.
• El controlador de memoria limita en gran medida las
características de los módulos que se pueden emplear.
• En servidores y sistemas críticos deben emplearse siempre
módulos del tipo registered DIMM.
• En la actualidad se recomienda usar memoria DDR2.
• La frecuencia de trabajo depende del grado de implantación.
Actualmente la más usada en los equipos nuevos es la memoria
DDR2-667, por lo que tiene la mejor relación calidad/precio.
• El empleo de placas base con chipset que soporta modos
multicanal incrementa sensiblemente la velocidad de la memoria.
No obstante, suele obligar a emplear módulos idénticos dentro
del mismo canal.
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1.4 Los módulos de memoria (continuación)
• El siguiente enlace proporciona una presentación sobre el
funcionamiento interno de los módulos de memoria RAM.
www.corsairmemory.com/memory_basics/153707
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1.5 La placa base
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1.5 La placa base (continuación)
• Elemento central de cualquier computador PC.
• A la placa base se conectan la CPU, módulos de memoria,
refrigeradores, la fuente de alimentación, los discos, etc.
• En buena parte, la funcionalidad y rendimiento del PC
dependen de la placa base.
1.5.1 Parámetros de las placas base
• Se trata de resumir las características de las placas base
mediante unos parámetros que faciliten la elección correcta.
• Dentro de los parámetros destacan:
Factor de forma (geometría), CPUs soportadas, módulos de
memoria soportados, chipset, ranuras de expansión,
interfaces de almacenamiento, interfaces de audio y red
integradas, puertos de conexión de periféricos, protección del
BIOS.
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1.5.1 Parámetros de las placas base
Factor de forma (geometría)
• Indica las características mecánicas: largo, ancho, ubicación de
agujeros de montaje, tipo de conectores, ubicación de
conectores, ubicación de componentes clave, etc.
• Restringe el tipo de caja que puede usarse.
• El factor de forma más utilizado en la actualidad es el ATX. No
obstante, será sustituido en un futuro por el BTX.
• En el caso de servidores suele usarse el factor de forma WTX,
con unas dimensiones mayores que el ATX. Esto permite alojar
con más facilidad dos o más CPUs o un mayor número de
ranuras de memoria.
• No existe un factor de forma estándar para los portátiles, lo
que hace que muchas placas base de portátiles sean
incompatibles unas con otras.
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1.5.1 Parámetros de las placas base
Factor de forma (continuación)
Regulador de tensión del
procesador
Conector de alimentación
de 12V para el regulador
de tensión del procesador
Conector de alimentación
principal
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1.5.1 Parámetros de las placas base (continuación)
CPUs soportadas
• Parámetro muy a tener en cuenta, pues el rendimiento
depende en buena medida de la CPU o CPUs soportadas. Ej: las
placas base con socket 775 soportan CPUs Pentium 4, Pentium D
e Intel Core.
• La placa base restringe además las frecuencias de reloj de las
CPUs soportadas. La frecuencia de reloj depende del Memory
Controller Hub (MCH).
• Algunas placas base tienen problemas térmicos cuando se
conectan CPUs con un alto consumo, pero funcionan
perfectamente con CPUs que disipan menos potencia.
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1.5.1 Parámetros de las placas base
CPUs soportadas(continuación)
Zócalo de la CPU
Fijación del refrigerador
de la CPU
Conector del refrigerador
de la CPU
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1.5.1 Parámetros de las placas base (continuación)
Módulos de memoria soportados
• Se trata de un parámetro muy a tener en cuenta, pues el
rendimiento depende en gran medida de los módulos de
memoria instalados.
• Debe observarse si admite memoria DDR o DDR2, la frecuencia
de reloj de la memoria, el número de ranuras de memoria, la
capacidad máxima de los módulos soportados, etc.
• En el caso de servidores, la placa base debería soportar
módulos de memoria del tipo registered.
• Resulta muy interesante fijarse si admite memoria multicanal,
pues mejora sensiblemente el rendimiento en el caso de disponer
de varios módulos de memoria conectados.
• En general, las características de los módulos de memoria
soportados dependen del MCH.
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1.5.1 Parámetros de las placas base
Módulos de memoria soportados (continuación)
Dos módulos componen
el canal A (naranja)
Dos módulos componen
el canal B (azul)
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1.5.1 Parámetros de las placas base (continuación)
El chipset
• El chipset es determinante en la funcionalidad y rendimiento
del computador.
• Cualquier flujo de información entre dos elementos del
computador pasa por el chipset.
• Está formado habitualmente por dos chips:
Ø El Memory Controller Hub (MCH) o Northbridge.
Ø El I/O Controller Hub (ICH) o Southbridge.
• El MCH es un concentrador (hub) que comunica la CPU, la
tarjeta gráfica AGP, los módulos de memoria y el ICH.
• El ICH se comunica con el MCH e interconecta todos los demás
elementos del sistema.
• Muchas de las CPUs de AMD actuales incorporan el MCH dentro
del dado de la CPU.
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1.5.1 Parámetros de las placas base
El chipset (continuación)
Organización de una placa base con
socket 939.
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1.5.1 Parámetros de las placas base
El chipset (continuación)
Organización de una placa base con
socket LGA 775.
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Tema 1: El hardware de los computadores personales
1.5.1 Parámetros de las placas base
El chipset (continuación)
Memory Controller Hub
(MCH)
I/O Controller Hub (ICH)
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1.5.1 Parámetros de las placas base (continuación)
Las ranuras de expansión
• Permiten conectar tarjetas que amplían la funcionalidad del
sistema.
• Las tarjetas de expansión se conectan a ranuras.
• En un PC se suelen encontrar:
Ø Varias ranuras PCI.
Ø 1 ranura PCI Express x16, 1 ó más ranuras PCI Express x1.
• La especificación PCI más usada es un bus de 32 bits a una
frecuencia de 33 MHz que transfiere un dato cada ciclo de reloj.
Esto supone una tasa de transferencia teórica de 133 Mbytes/seg.
• En los servidores se emplea una variación del bus PCI
denominada PCI-X. En este caso los datos son de 64 bits y las
frecuencias de reloj de 66 MHz o superiores.
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1.5.1 Parámetros de las placas base
Los buses de expansión (continuación)
• El bus PCI se ha quedado anticuado tras unos 10 años de vida.
Cada vez menos dispositivos pueden conectarse a este bus,
debido a su baja velocidad.
• La especificación PCI Express especifica una conexión punto a
punto, serie, rápida, barata y compatible a nivel software con el
software PCI de sistema.
• Cada conexión punto a punto se compone de 1 o más canales
serie, donde cada canal tiene una tasa de transferencia teórica
de 250 MBytes/seg en cada sentido => 500 MBytes/seg por
canal.
• La ranura PCI Express x16 es una ranura con 16 canales PCI
Express (16 x 500 Mbytes/seg = 8 Gbytes/seg) que se emplea
para llevar a cabo una conexión punto a punto entre la tarjeta
gráfica y el MCH.
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1.5.1 Parámetros de las placas base
Los buses de expansión (continuación)
Ranura PCI Express
de 1 canal
Ranuras PCI
Ranura PCI Express
de 16 canales
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1.5.1 Parámetros de las placas base (continuación)
Interfaces de almacenamiento
• Las interfaces de almacenamiento indican el tipo de discos
duros, unidades DVD-ROM, etc. que se pueden conectar.
• Aparte de la interfaz de disquete que no ha evolucionado desde
hace mucho años, las interfaces empleadas hasta ahora han sido
ATA y SCSI.
• La especificación ATA a lo largo de todas sus evoluciones se ha
empleado en PCs de gama media o baja. Se emplea sólo con
dispositivos internos.
• La especificación ATA define una conexión paralela, con una
tasa de transferencia máxima de 133 MBytes por segundo, y está
siendo sustituida por la especificación SATA, con una tasa de
transferencia máxima inicial de 150 MBytes /segundo. Además,
la especificación SATA define conexiones serie punto a punto,
con las ventajas que esto reporta.
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Tema 1: El hardware de los computadores personales
1.5.1 Parámetros de las placas base
Interfaces de almacenamiento
• Además, la interfaz SATA es compatible a nivel software con la
especificación ATA.
• Los servidores (sean PCs o no) suelen usar discos SCSI, pues
proporcionan un mayor rendimiento.
• La especificación SCSI define un bus paralelo, con todas las
desventajas que ello supone. Se ha desarrollado una
especificación serie denominada SAS que sustituirá a la SCSI en
unos pocos años.
• Las placas base también proporcionan interfaces de entrada y
salida genéricas que pueden emplearse para dispositivos
externos como son las interfaces USB y Firewire.
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Interfaces de almacenamiento (continuación)
Conector de la unidad de
disquete
Conector ATA primario
Conector ATA secundario
Conectores SATA 1 a
SATA 4
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1.5.1 Parámetros de las placas base (continuación)
Interfaces de audio y red integradas
La integración de la red y el
audio en la placa base
reduce sensiblemente el
coste del sistema así como el
consumo de energía
Interfaz Ethernet
integrada en placa base
Codec de audio
integrado en placa base
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1.5.1 Parámetros de las placas base (continuación)
Puertos de conexión de periféricos
Puertos de conexión de
periféricos
Super I/O (SIO)
Hay puertos que se conectan
mediante cables a la caja o a
tarjetas de expansión.
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1.5.1 Parámetros de las placas base (continuación)
Protección de la BIOS
Protección frente a escrituras
erróneas o malintencionadas:
• Protección contra escritura.
• Doble BIOS. Se puede
arrancar usando una u otra.
• La parte de la BIOS que
permite actualizar la BIOS
desde disquete o CD es de
sólo lectura.
Flash BIOS
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Ver especificación de una placa base
1.5.2 Selección de la placa base
• Se trata de un elemento crucial dentro del computador.
• Es el elemento del computador que más componentes tiene y
por lo tanto uno de los más proclives a fallar.
• Es importante elegir una placa base de calidad, de un
fabricante con experiencia y prestigio.
• Puesto que define muchas de las características del
computador y sus posibilidades de ampliación, debe elegirse
cuidadosamente teniendo en cuenta todos los parámetros
indicados.
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1.6 La caja y fuente de alimentación
• La caja constituye la estructura mecánica del computador.
• Las cajas suelen disponer de pulsadores de encendido y
apagado, LEDs de encendido y acceso al disco duro, bahías
frontales para dispositivos de almacenamiento, conectores
frontales para periféricos que se conectan y desconectan
frecuentemente, ranuras de acceso a los conectores de las
tarjetas de expansión, ranura de acceso a los conectores de
interfaces de periféricos integradas en la placa base, etc.
• La fuente de alimentación tiene por misión proporcionar a partir
de la tensión alterna de la red eléctrica las tensiones continuas
de alimentación que requieren los componentes del computador.
Fundamentalmente, +3,3 voltios, +5 voltios y +12 voltios.
• Normalmente, las cajas suelen incluir una fuente de
alimentación, de ahí que tratemos de forma conjunta ambos
elementos.
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1.6.1 Parámetros de las cajas y fuentes de alimentación
• Se trata de resumir las características de las cajas y fuentes de
alimentación mediante unos parámetros que faciliten la elección
correcta.
• Ignoraremos detalles estéticos, así como las cajas y fuentes de
alimentación de ordenadores portátiles.
• Dentro de los parámetros destacan:
Factores de forma soportados, tamaño de la caja, número de
bahías, número de ranuras de expansión, ventiladores
incorporados, conectores frontales disponibles, mecanismos
de seguridad, características de la fuente de alimentación
incorporada.
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1.6.1 Parámetros de las cajas y fuentes de alimentación (continuac.)
Factores de forma soportados
• Los factores de forma indican básicamente las placas base con
las que son compatibles.
• Los primeros PCs empleaban el factor de forma XT, el cual
evolucionó pasando por los formatos AT, LPX (versión estrecha
del AT), Baby AT (versión pequeña del AT), ATX, NLX (versión
estrecha del ATX), microATX y FlexATX (versiones reducidas del
ATX).
• En la actualidad los factores de forma más empleados son el
ATX y microATX, los cuales serán sustituidos en los próximos
años por el BTX y sus versiones reducidas (microBTX y picoBTX).
• Es muy habitual que una misma caja soporte varios factores de
forma. Por ejemplo, las cajas ATX suelen soportar además los
factores de forma Baby AT (obsoleto) y microATX.
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Tamaño de la caja
• Está relacionado con el número de bahías (para dispositivos de
almacenamiento), el número de tarjetas de expansión que
admite, el número de fuentes de alimentación que admite y los
factores de forma soportados.
• Los tamaños más frecuentes son: sobremesa, slim, cubo
(barebone), minitorre, semitorre, torre, gran torre y rack.
Número de bahías disponibles
• El número de bahías es proporcional al tamaño de la caja.
• Estas bahías se emplean para ubicar dispositivos de
almacenamiento, como discos duros, disqueteras, unidades
ópticas (CD y DVD), unidades de cinta, etc.
• Las bahías suelen venir en los tamaños 3 ½ y 5 ¼ pulgadas,
por lo que es conveniente tener en cuenta el número de cada.
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Número de ranuras de expansión
• Limita el número de tarjetas de expansión que pueden
conectarse.
• Debe tenerse en cuenta que la placa base puede requerir
alguna de estas ranuras. Por ejemplo, para puertos USB traseros,
el regulador manual de velocidad del ventilador de la CPU, etc.
Conectores frontales
• Es importante fijarse si la caja dispone de conectores frontales
USB, Firewire (IEEE 1394), audio, etc. No obstante, estos
conectores son poco útiles en el caso de cajas de servidores.
Mecanismos de seguridad
• Las cajas de servidor suelen disponer de puertas frontales
protegidas con cerradura que dificultan el acceso a las unidades
extraíbles y pulsadores de forma no autorizada. Además, suelen
disponer de sensores que se activan al abrir la caja.
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Ventiladores incorporados
• Ayudan a refrigerar el interior de la caja.
• Las cajas más comunes suelen soportar dos ventiladores: el
ventilador incorporado en la fuente y el ventilador del chásis.
Ambos pueden ser monitorizados si se conectan a la placa base
(a través de conectores de 3 pines).
• Los ventiladores adicionales suelen conectarse directamente a
la fuente de alimentación (a través de un conector de 4 pines).
Este tipo de ventiladores no pueden ser monitorizados.
• En el caso de disponer de más de un ventilador por caja es
necesario tener en cuenta el flujo de circulación del aire. Al
menos uno de los ventiladores debería introducir aire en la caja y
al menos otro extraerlo.
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Ventiladores incorporados (continuación)
Fuente de
alimentación
CPU
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Los ventiladores de las
fuentes de alimentación ATX
suelen recoger aire caliente
de las inmediaciones de la
CPU, dentro de la caja, y
expulsarlo al exterior. El aire
entrante puede provenir de
rejillas de ventilación o
preferiblemente de
ventiladores adicionales.
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1.6.1 Parámetros de las cajas y fuentes de alimentación (continuac.)
La fuente de alimentación
• Elemento fundamental de la caja y del computador en general.
• La fuente de alimentación suele venir con la caja, excepto en
algunas cajas de gama alta.
• La fuente de alimentación es compatible con ciertos factores de
forma.
• En la actualidad, las fuentes de alimentación son habitualmente
ATX, aunque también hay una versión ATX estrecha denominada
SFX, pensada para cajas de dimensiones reducidas.
• Las fuentes ATX se conectan a la placa base mediante un
conector de 20 pines marcado para evitar conexiones
incorrectas.
• Las fuentes ATX proporcionan todas ellas las tensiones +3,3
voltios, +5 voltios, +12 voltios y -12 voltios y algunas también
la tensión -5 voltios.
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La fuente de alimentación (continuación)
• Las tensiones de +3,3 voltios y +5 voltios la emplean
típicamente los chips del computador.
• La tensión de +12 voltios la emplean los motores (de los
ventiladores, de la disquetera, discos duros, etc.). Además, la
emplea el regulador de tensión que proporciona la tensión de
alimentación de la CPU (del orden de 1,3 voltios).
• La tensión de -12 voltios la emplean algunas implementaciones
del puerto serie.
• La tensión de -5 voltios la empleaba el bus ISA, el cual ya no
se usa. De hecho, hay fuentes de alimentación ATX que no
generan esta tensión.
• Las placas base actuales suelen usar un conector adicional de 4
pines que proporciona directamente al regulador la tensión de la
CPU una tensión de entrada de +12 voltios.
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La fuente de alimentación (continuación)
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1.6.1 Parámetros de las cajas y fuentes de alimentación
La fuente de alimentación (continuación)
• Las tolerancias de las tensiones de alimentación anteriores son
las siguientes:
• El conector de alimentación principal incluye dos señales de
control PS_ON# y PWR_OK.
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La fuente de alimentación (continuación)
• La señal PWR_OK es una salida de la fuente que se pone a uno
cuando la fuente proporciona las tensiones de alimentación
dentro de las tolerancias. Cuando toma el valor cero, la placa
base pone el sistema en un estado de bajo consumo, durante el
cual la fuente genera únicamente una tensión de +5 voltios
sobre el pin +5VSD, manteniendo las demás a cero voltios.
• La señal PS_ON# es una entrada de la fuente activada por la
placa base, la cual pone a cero, cuando requiere que la fuente de
alimentación se encienda. Cuando desea apagarla la pone a uno.
• La señal PS_ON# puede activarse arrancando el PC, por la
pulsación del pulsador de encendido de la caja (conectado a la
placa base), o por dispositivos capaces de forzar el arranque,
como es una tarjeta Ethernet con Wake On Lan (WOL). Para ello
la fuente de alimentación debe proporcionar un mínimo de
corriente a través del pin +5VSD.
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1.6.1 Parámetros de las cajas y fuentes de alimentación
La fuente de alimentación (continuación)
• Una característica muy importante de una fuente de
alimentación es su potencia. Ésta típicamente oscila entre 250
vatios y 350 vatios, pudiendo alcanzar en servidores los 500
vatios.
• Es importante fijarse no sólo en la potencia, sino también en
las corrientes que es capaz de suministrar para cada tensión de
alimentación.
• Finalmente, otro parámetro a tener en cuenta es el flujo de aire
del ventilador de la fuente, medido en CFM, pues indica su
capacidad para refrigerar la CPU.
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1.6.2 Selección de las caja y fuente de alimentación
• La caja debe elegirse teniendo en cuenta todos los parámetros
anteriores. Debe prestarse especial atención a la refrigeración
(ventiladores, ranuras de entrada de aire, material de la caja)
• La fuente de alimentación debe estar suficientemente holgada
en potencia. Una fuente demasiado justa puede traer consigo
fallos esporádicos muy difíciles de localizar.
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1.7 El disco duro
• Se trata del elemento de almacenamiento más importante del
computador después de la memoria principal.
• Repasar el funcionamiento del
disco duro, visto en la
asignatura de Estructura de
computadores.
• Observar como el disco duro
de la figura tiene 4 platos, 8
superficies y por lo tanto 8
cabezas
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1.7 El disco duro (continuación)
• En la actualidad tiene capacidades de hasta 500 Gbytes,
velocidades de transferencia de hasta 150 MBytes/s y latencias
tan pequeñas como 2 ms.
• Básicamente hay 4 segmentos en el mercado de discos duros:
servidores, PCs de sobremesa, portátiles y electrónica de
consumo (reproductores de audio y vídeo).
• Los parámetros más importantes de un disco duro, a tener en
cuenta en su selección son:
Capacidad, interfaz, velocidad, fiabilidad, seguridad, tamaño,
consumo de energía, ruido, condiciones ambientales de
funcionamiento, ecología y precio.
• Veremos en detalle cada uno de los parámetros anteriores.
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1.7.1 Parámetros de los discos duros
Capacidad
• Se trata de un parámetro fundamental de cualquier dispositivo
de almacenamiento y por lo tanto de un disco duro.
• Los discos duros actuales empleados en servidores tienen una
capacidad típica de 75 GBytes, mientras que los empleados en
PCS de sobremesa tienen una capacidad típica de 250 GBytes y
los empleados en PCs portátiles de 60 GBytes.
• Los discos duros empleados en PCs de sobremesa son los que
tienen en general menos restricciones tecnológicas (tamaño,
velocidad, fiabilidad, consumo de energía), por lo que pueden ser
de mayor capacidad.
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1.7.1 Parámetros de los discos duros (continuación)
Interfaz
• Define el mecanismo de conexión del disco duro con su
entorno, así como el protocolo software de comunicación.
• Cada interfaz tiene asociado un valor teórico de velocidad que
nunca es alcanzado por el disco duro.
• No debe confundirse la velocidad externa del disco duro, la cual
viene dada por su interfaz, con la velocidad interna del mismo.
• En la práctica, los PCs de sobremesa y portátiles emplean las
interfaces ATA y SATA, mientras que los servidores emplean
discos duros con interfaces SATA, SAS, SCSI y Fibre Channel.
Los discos duros externos emplean típicamente las interfaces
USB y Firewire.
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1.7.1 Parámetros de los discos duros (continuación)
Velocidad
• Indica lo rápido que es capaz de escribir y leer datos el disco.
Por lo tanto, nos estamos refiriendo a la velocidad interna.
• Los fabricantes proporcionan parámetros de velocidad
normalmente muy optimistas. La mejor forma de evaluar la
velocidad es mediante benchmarks de disco.
• Como en todo dispositivo de almacenamiento, la velocidad
tiene una componente de latencia (tiempo para acceder al primer
dato) y velocidad de transferencia (velocidad de acceso a los
datos segundo y posteriores).
• Los fabricantes proporcionan dos tipos de parámetros de
velocidad:
Ø Parámetros de velocidad mecánicos.
Ø Parámetros de velocidad electrónicos.
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1.7.1 Parámetros de los discos duros
Velocidad (continuación)
• Los parámetros mecánicos de velocidad fundamentales son:
tiempo promedio de búsqueda, latencia rotacional y velocidad de
transferencia interna.
• El tiempo promedio de búsqueda (average seek time) es el
tiempo promedio necesario para situar las cabezas sobre el
cilindro que contiene el primer dato a leer. Toma un valor típico
de 9 ms en discos duros de PCs de sobremesa y 3 ms en en los
discos duros de servidores.
• El tiempo de latencia rotacional promedio (average rotational
latency) es el tiempo promedio necesario para que el primer dato
pase debajo de la cabeza una vez la cabeza se ha situado en el
cilindro que lo contiene. Es función de la velocidad de rotación.
Un disco duro de PC de sobremesa a 7200 rpm tiene una latencia
de 4,2 ms, mientras que uno de 15000 rpm de servidor tiene
una latencia de 2 ms.
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1.7.1 Parámetros de los discos duros
Velocidad (continuación)
• La suma del tiempo promedio de búsqueda y la latencia
rotacional constituyen la latencia en el acceso al disco.
Compararla con la de la memoria RAM que es de unos 10
nanosegundos (106 veces inferior).
• La velocidad de transferencia interna (internal transfer rate).
Hay dos tipos: la máxima y la sostenida. La máxima supone que
todos los datos están dentro del mismo cilindro, mientras que la
sostenida supone que están en cilindros consecutivos. Los discos
duros de servidores alcanzan velocidades de transferencia
interna máximas de 150 MBytes/s y sostenidas de 100 MBytes/s.
En la práctica es incluso menor debido a la fragmentación del
sistema de archivos.
• La memoria RAM alcanza velocidades de transferencia máxima
del orden de 5 GBytes/s, unas 30 veces mayor que un disco
duro.
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1.7.1 Parámetros de los discos duros
Velocidad (continuación)
• Los parámetros eléctricos de velocidad son: interfaz (ya vista),
la cantidad de memoria cache de disco y el empleo de hardware
de reordenación de comandos de disco.
• Los discos incorporan una cache que almacena datos leídos del
disco que no han sido solicitados, pero que tienen una elevada
probabilidad de ser solicitados en un futuro próximo. En el caso
de escrituras, la cache de disco es más problemática ¿Por qué?
Las capacidades típicas de cache están entre 8 y 16 MBytes.
• El hardware de reordenación de comandos gestiona las ordenes
que llegan al disco ordenándolas para ahorrar movimientos de
las cabezas y esperas rotacionales. No obstante, externamente
se sirven en el mismo orden que se reciben. Los discos duros
SCSI incorporan la técnica Tagged Command Queuing (TCQ) y
los discos duros SATA II la técnica Native Command Queuing
(NCQ).
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1.7.1 Parámetros de los discos duros (continuación)
Fiabilidad
• Indica la capacidad que tiene el disco de cumplir con su función
a lo largo del tiempo, sin errores ni averías.
• Distinguiremos parámetros de fiabilidad ante fallos
catastróficos y ante fallos no catastróficos.
• Ante fallos catastróficos: AFR, MTBF, ARR, CSS y garantía.
• Porcentaje de fallo el primer año, First year Annualized Failure
Rate (AFR). Indica el porcentaje de discos que se estropean
dentro del primer año.
• Tiempo medio entre fallos, Mean Time Between Failures
(MTBF). El nombre es muy desafortunado. Se obtiene de la
expresión Nº de horas en 1 año / AFR = 8760 / AFR. Los discos
duros de PCs de sobremesa tienen típicamente un MTBF de
500000 horas y los de servidores un MTBF de 1400000 horas.
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1.7.1 Parámetros de los discos duros
Fiabilidad (continuación)
• Porcentaje de retorno anual, Annualized Return Rate (ARR).
Porcentaje de discos que son devueltos al fabricante por avería
durante el primer año.
• Número de ciclos de encendido y apagado, Contact Start Stop
(CSS). Número mínimo de ciclos de encendido y apagado que
soportan todos los discos fabricados. Toma un valor típico de
50000 en los discos de PCs de sobremesa. ¿En los servidores?
• Los parámetros anteriores son poco útiles en la práctica, pues
los mide el fabricante y no quiere que sean peores que los de su
competencia.
• Quizás el más fiable es el número de años de garantía y las
condiciones de garantía del fabricante del disco duro.
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1.7.1 Parámetros de los discos duros
Fiabilidad (continuación)
• Ante fallos no catastróficos los parámetros habituales son: tasa
de errores recuperables y tasa de errores irrecuperables.
• Los errores recuperables son errores que se pueden recuperar
mediante el hardware de detección y corrección de errores, o
mediante reintentos de lectura. Un número elevado puede
ralentizar el disco. Un valor típico en discos duros de servidor es
de 1 bit cada 1011 bits leídos.
• Los errores irrecuperables son errores de lectura que no
pueden ser recuperados. Un valor típico en un servidor es de 1
bit entre 1015 bits leídos.
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1.7.1 Parámetros de los discos duros (continuación)
Seguridad
• Se trata de que nadie pueda obtener información del disco duro
de un ordenador perdido o robado.
• Algunos sistemas de archivos permiten la encriptación de
datos. Se hace por software, por lo que ralentiza las lecturas y
escrituras. La encriptación no se hace de todo el disco completo y
además la clave de encriptación se guarda en el disco.
• En la actualidad, algunos discos duros incorporan la capacidad
de encriptar por hardware dentro del disco todos los datos, sin
que sufra la velocidad de acceso, y además la clave de
encriptación se guarda en un chip de la controladora, lo que
dificulta enormemente la obtención de dicha clave.
• Un ejemplo de la tecnología de encriptación hardware de los
discos duros es la Full Disk Encription (FDE) de Seagate.
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1.7.1 Parámetros de los discos duros (continuación)
Tamaño
• El tamaño está muy relacionado con el campo de aplicación.
• El tamaño más habitual es el de 3,5 cm (de diámetro).
• Los discos duros de portátiles y de blade servers tienen un
tamaño menor, de 2,5 pulgadas.
• El tamaño del disco limita su capacidad, pues limita la
superficie de almacenamiento.
• Además, el espesor de la unidad de disco duro es función de su
aplicación. Un menor espesor significa menos espacio para poner
varios platos y por lo tanto menor capacidad de almacenamiento.
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1.7.1 Parámetros de los discos duros (continuación)
Consumo de energía
• El consumo de energía es un parámetro clave en los discos de
portátiles y tiene una importancia menor en otros segmentos de
mercado.
• Debe tenerse en cuenta que la vida de un disco duro disminuye
rápidamente con su temperatura de trabajo, la cual depende
entre otras cosas de su consumo de energía.
• Por ejemplo, un disco duro de portátil de 80 GBytes y 5400
rpm disipa típicamente 2 W mientras está activo (durante las
operaciones de búsqueda, lectura y escritura). Un disco de
sobremesa de la misma capacidad que gira a 7200 rpm consume
unos 12 W. Un disco duro de servidor de la misma capacidad que
gira a 15000 rpm consume aproximadamente 15 W.
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1.7.1 Parámetros de los discos duros (continuación)
Ruido
• El ruido puede ser determinante cuando se trata de un PC de
sobremesa o portátil, pues se trabaja al lado del disco.
• Un disco duro para portátiles o PCs de sobremesa emite unos
2,5 bels (25 decibelios) cuando no está activo y 3 bels cuando
está activo.
• Los discos duros para servidores son más ruidosos y emiten
típicamente unos 3,5 bels cuando están activos, es decir, casi
siempre.
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1.7.1 Parámetros de los discos duros (continuación)
Condiciones ambientales de funcionamiento
• Los discos duros pueden trabajar correctamente a
temperaturas entre 5 ºC y 55 ºC. No obstante, la vida del disco
se reduce considerablemente con la temperatura, incluso por
debajo del límite de 55 ºC.
• La tolerancia a golpes y vibraciones es muy importante en el
caso de discos duros externos y discos duros de portátiles. Por
ejemplo, un disco duro para portátiles tiene una tolerancia a
golpes durante funcionamiento de 250 Gs durante 2 ms,
mientras que uno de PCs de sobremesa soporta sólo 60 Gs.
Ecología
• Hay una directiva de la Unión Europea, denominada RoHS, que
prohíbe el uso de 6 sustancias peligrosas en la construcción de
material eléctrico y electrónico y que entró en vigor a 1 de enero
de 2006.
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1.7.1 Parámetros de los discos duros (continuación)
Precio
• Es un parámetro determinante, como en casi todo.
• El precio depende mucho del segmento de mercado. Los discos
duros de PCs de sobremesa son los más baratos, mientras que
los de los servidores son los más caros.
• Por ejemplo, un disco duro de unos 80 Gbytes empleado en
PCs de sobremesa cuesta unos 60 euros, mientras que si se trata
de un disco duro de portátiles cuesta unos 120 euros. Si se trata
de un disco duro SCSI de gama baja, cuesta unos 250 euros y si
es de gama alta puede rondar los 500 euros.
Ver la especificación de un disco duro
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Pág. 107
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1.7.2 Selección del disco duro
• Debe elegirse teniendo en cuenta el segmento de mercado al
que va dirigido: servidor, PC de sobremesa o PC portátil.
• En el caso de portátiles, deben ser discos duros de 2,5
pulgadas con bajo consumo y buena tolerancia a golpes.
• En el caso de discos duros para PCs de sobremesa deben tener
interfaz ATA o SATA.
• En el caso de servidores, estos deben tener interfaz SCSI, SAS
o Fibre Channel. También se pueden emplear discos duros SATA
II (3 Gbits/s), que son más baratos, en partes poco críticas del
sistema si el computador incluye la interfaz SAS.
• Es importante seleccionar el valor adecuado de capacidad
teniendo en cuenta las necesidades presentes y futuras.
• Los parámetros de velocidad de los fabricantes hay que
tomarlos con cuidado, “barren para casa”. Lo mejor es usar
benchmarks.
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1.8 Interfaces de almacenamiento
• Trataremos las interfaces de dispositivos de almacenamiento:
ATA, SATA, SCSI, SAS, Fibre Channel, USB y Firewire.
1.8.1 La interfaz ATA
• La más común en los PCs. Las iniciales ATA provienen de (AT
Attachment) y ha seguido la siguiente evolución:
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1.8.1 La interfaz ATA (continuación)
• Algunos fabricantes implementan el modo UltraDMA/133,
aunque no forma parte de ningún estándar.
• Para conectar otros dispositivos diferentes de discos duros se
desarrollo el estándar de intercambio de paquetes ATAPI (ATA
Packet Interface). El ATAPI es parte del ATA a partir de ATA-4.
• El estándar permite conectar dos dispositivos en el mismo
cable, uno identificado como maestro y otro como esclavo. La
configuración se suele hacer empleando jumpers.
• Los cables ATA de 80 conductores están identificados por un
código de colores:
Ø Azul para la placa base.
Ø Negro para el dispositivo maestro.
Ø Gris para el dispositivo esclavo.
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1.8.1 La interfaz ATA (continuación)
• El cable plano ATA dificulta la refrigeración de la caja.
• Pueden encontrarse cables redondeados que solucionan el
problema anterior.
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1.8.2 La interfaz SATA
• Se trata de la especificación que sustituye a la ATA.
• Las iniciales SATA significan (Serial ATA), lo que hace
referencia a la diferencia más sustancial con respecto a ATA: la
información se transmite en serie y no en paralelo.
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Tema 1: El hardware de los computadores personales
1.8.2 La interfaz SATA (continuación)
• La especificación SATA inicial establece una tasa de
transferencia teórica de 150 MBytes /segundo, la cual ha sido
incrementada a 300 Mbytes/segundo, empleando los mismos
cables.
• La comparativa de un cable ATA y SATA no deja lugar a dudas.
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Tema 1: El hardware de los computadores personales
1.8.3 La interfaz SCSI
• SCSI es la abreviatura de Small Computer System Interface.
• Se trata de la interfaz de dispositivos de almacenamiento más
habitual en entornos profesionales.
• SCSI es un bus de E/S al que pueden conectarse hasta 16
dispositivos (incluyendo el controlador).
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1.8.3 La interfaz SCSI (continuación)
• Los dispositivos SCSI se distinguen por un identificador, SCSI
ID, en el rango 0 a 15. El host suele llevar el identificador más
alto, SCSI ID 15.
• Cada dispositivo SCSI puede incorporar una o más unidades
lógicas, identificadas por un LUN (Logical Unit Number). La
mayor parte de los dispositivos tienen una única unidad lógica,
de identificador LUN 0.
• El bus SCSI debe terminarse en ambos extremos para su
correcto funcionamiento.
• Las placas base de servidores suelen incluir controladoras
SCSI. En otros casos es necesario el uso de tarjetas de
expansión.
• Una de las características interesantes de SCSI es que pueden
convivir en el bus dispositivos de velocidades diferentes sin que
esto afecte al rendimiento del bus.
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1.8.3 La interfaz SCSI (continuación)
• A lo largo de la vida de SCSI (20 años) se han desarrollado
muchas especificaciones SCSI, compatibles hacia delante y hacia
atrás con pequeñas excepciones.
• Las excepciones aparecen cuando se mezclan dispositivos SCSI
LVD (Low Voltage Differential) con dispositivos antiguos SE
(Single Ended) y HVD (High Voltage Differential).
• En la actualidad los dispositivos SCSI (incluyendo las
controladoras) son LVD multimodo. Multimodo significa que si se
conecta un dispositivo SE al bus todo el bus pasa a funcionar en
modo SE (lo que reduce drásticamente la velocidad del bus).
Para evitar esta reducción se puede conectar el dispositivo SE a
través de un conversor LVD a LVD multimodo.
• Los dispositivos HVD ya no se fabrican. Si fuese necesario
sustituir por ejemplo un disco HVD de un sistema antiguo, puede
usarse un disco nuevo LVD a través de un conversor HVD a LVD.
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1.8.3 La interfaz SCSI (continuación)
• Las especificaciones SCSI más empleadas en la actualidad son:
Tipo
Bits de
datos
Velocidad
Longitud
Ultra320 SCSI
16
320 MBytes/segundo
12 metros
Discos duros
Ultra160 SCSI
16
160 MBytes/segundo
12 metros
Discos duros
Wide Ultra2 SCSI
16
80 MBytes/segundo
12 metros
Discos duros
Wide ultra SCSI
16
40 MBytes/segundo
1,5 metros
Discos duros, cinta
Ultra SCSI
8
20 MBytes/segundo
1,5 metros
CD, DVD, cinta
Fast SCSI (SCSI-2)
8
10 MBytes/segundo
3 metros
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Aplicación
CD, DVD,
scanner
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cinta,
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1.8.3 La interfaz SCSI (continuación)
• Los dispositivos SCSI de 8 bits se conectan a través de
conectores de 50 pines y los de 16 bits a través de conectores de
68 pines.
• Los dispositivos SCSI internos
se conectan a través de cables
planos similares a los ATA.
Estos dispositivos reciben la
alimentación de la caja.
• Los dispositivos SCSI
externos se conectan a través
de cables redondos. Estos
dispositivos incorporan su
fuente de alimentación.
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1.8.3 La interfaz SCSI (continuación)
• Los conectores SCSI más habituales son los siguientes:
Conector IDC (interno)
Conector Centronics o CN (externo)
Conector HPDB ó HD (externo)
Conector VHDCI ó HPCN (externo)
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1.8.3 La interfaz SCSI (continuación)
• La configuración hardware de un disco SCSI tiene dos partes:
Ø Fijar el ID SCSI del dispositivo. La controladora suele coger
el último (15 con SCSI de 16 bits ó 7 con SCSI de 8 bits).
Ø Conectar los terminadores en cada extremo. La
controladora suele ir en un extremo y suele incluir un
terminador que suele estar activado por defecto.
• Los discos SCSI son mucho más caros que los ATA y SATA pero
Ø Los discos ensamblados a las interfaces SCSI son de
mucha mayor calidad: mucho más fiables y rápidos.
Ø SCSI permite conectar hasta 15 dispositivos.
Ø La interfaz SCSI es mucho más inteligente. Por ejemplo,
incluye la característica denominada TCQ (Tagged Command
Queuing) . Una versión restringida de esta característica,
denominada NCQ (Native Command Queuing) ha sido
añadida a la última especificación SATA.
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1.8.4 La interfaz SAS
• La interfaz SAS es a SCSI lo que la interfaz SATA es a ATA.
• Poco a poco reemplazará a la interfaz SCSI.
• Las iniciales SAS indican Serial Attached SCSI.
• Trata de solucionar los problemas que aparecen al intentar
incrementar la velocidad de un bus paralelo como SCSI.
• La primera versión de esta tecnología tiene una tasa de
transferencia de 3 GBits/segundo.
• Una característica muy destacada de SAS es que pueden
conectarse dispositivos SATA a canales SAS, lo que permite
integrar en el mismo sistema ambos tipos de dispositivos.
• Se pueden emplear dispositivos SATA, mucho más baratos que
los SAS, en partes no críticas del sistema o donde no es
necesario el máximo rendimiento y emplear dispositivos SAS en
el resto.
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1.8.5 La interfaz Fibre Channel (FC)
• Interfaz serie de grandes prestaciones, con velocidad de hasta 4
GBits/segundo, capaz de conectar miles de dispositivos y cubrir
distancias de hasta 10 Km.
• Puede emplear dos tipos de conexión física: cable (de cobre) y
fibra óptica.
• Admite gran variedad de protocolos por encima de la capa física,
siendo el protocolo SCSI el más común.
• Las figuras muestran cables de cobre (DB-9 y HSSDC) y ópticos.
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1.8.5 La interfaz Fibre Channel (continuación)
• Se emplea para la realización de clusters y SANs.
• Un cluster es un conjunto de computadores comunicados que
trabajan de forma coordinada para proporcionar un rendimiento
elevado y/o mejorar la fiabilidad del sistema.
• Una SAN (Storage Area Network) es una red diseñada para el
movimiento y gestión de grandes cantidades de información
almacenada en muchos dispositivos interconectados.
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1.8.6 USB e IEE-1394 (Firewire)
• Buses serie empleados para conectar “en caliente” periféricos
externos al computador (discos duros, impresoras, grabadoras de
discos ópticos, etc.).
• Estos buses incorporan líneas de potencia, lo que permite
conectar muchos dispositivos sin que estos incluyan una fuente
de alimentación.
• En la actualidad la especificación USB 2.0 alcanza una tasa de
transferencia de 480 Mbits/segundo, mientras que la IEEE-1395a
alcanza 400 Mbits/segundo y la IEEE-1394b alcanza los 800
Mbits/segundo.
• USB 2.0 admite una distancia máxima de 5 metros, mientras
que IEEE-1394b alcanza distancias de 100 metros.
• USB domina el mundo PC gracias a la influencia de Intel y las
exigencias económicas de Apple (propietaria de los derechos de
Firewire).
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1.8.6 USB e IEEE-1394 (Firewire)
• Los chips controladores Firewire incorporan mucha más
inteligencia que los chips controladores USB. Los chips
controladores USB requieren una CPU que controle todo el flujo
de información.
• La inteligencia de los chips controladores Firewire ha hecho que
Firewire domine totalmente el campo de la distribución de vídeo,
pudiéndose encontrar esta interfaz en estudios de imagen,
cámaras de vídeo digitales, grabadores de DVD domésticos, etc.
• Las figuras
muestran el aspecto
de los conectores
USB y Firewire.
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