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Microprocesador y CPU

Microprocesador y CPU

El concepto o definición puede ser bastante trillado en la red, pero nunca está demás contribuir con el conocimiento de las computadoras hoy en día.

Siempre se buscó desde los comienzos de las computadoras la disminución en el tamaño de los ordenadores (computadoras / computadores), a costa de la miniaturización de sus circuitos.


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Al comienzo fueron las válvulas electrónicas de vacío (1 cm de diámetro) en las computadoras de primera generación (1946-1958) luego se pasó a los pequeños transistores ( 0.3 mm de base) en las computadoras de segunda generación (1959-1964); después se evolucionó a los circuitos integrados de la tercera generación (1965-1971), y posteriormente a los microchips de la cuarta generación (1972-1996).

Las microcomputadoras modernas están dotadas de una unidad central de proceso (central processing unit / CPU), con excepción de la memoria principal, dentro de un microchip de silicio que, por su pequeño tamaño, recibe el nombre de microprocesador.

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Sin embargo son muchos los conceptos y definiciones que existen y que se pueden aplicar a una descripción exacta de lo que son los microprocesadores, inclusive para muchos el significado de CPU y microprocesador podría llegar a tener diferencias tanto en la teoría como en la práctica funcional de sus estructuras, pero en el fondo llegan a ser la misma esencia.

Un Microprocesador no es más que un microchip altamente integrado con millones de transistores, de manera tal que hacen que este dispositivo sea esencial y vital en acción como el cerebro funcional de una computadora, los microchips conocidos también como circuitos integrados están formados por componentes extremadamente pequeños formados en una única pieza plana de poco espesor de un material conocido como semiconductor.

El microprocesador está integrado por una unidad aritmético-lógica, por registros y una unidad de control donde todos en conjunto aceptan órdenes del usuario, acceden a los datos y presentan los resultados, donde el CPU se comunica a través de un conjunto de circuitos o conexiones llamadas bus. El bus conecta el CPU con los dispositivos de almacenamiento, los dispositivos de entrada y los dispositivos de salida, todo en combinación con la memoria principal de la computadora (ram) y los integrados chipset (conjunto de circuitos de la placa madre).

El CPU (unidad central de proceso-UCP) es un circuito microscópico que interpreta y ejecuta instrucciones, es en esencia un microprocesador fabricado en un chip. Para muchos el CPU es el núcleo de un microprocesador donde se ocupa del control y el proceso de datos en las computadoras.

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Un CPU es el nombre lógico de un microprocesador ya que dentro de éste existen otros dispositivos como la memoria caché y opcionalmente dependiendo del tipo de procesador poseen un coprocesador matemático.

De manera básica y genérica, el CPU está formado por varios componentes:

  • Encapsulado: Es la parte que rodea a la oblea de silicio en sí (núcleo), la que ofrece consistencia, impide su deterioro por oxidación con el aire, disipa el calor generado durante su trabajo y le permite el enlace con los contactos externos que lo acoplan al zócalo ó a la placa madre. Este encapsulado puede ser de cerámica o plástico.
  • Memoria Caché: Es una memoria de alta velocidad (5 veces la velocidad de la ram) que actúa como intermediaria entre el CPU y la memoria RAM, es conocida también como una ante-memoria ya que le sirve al procesador para tener a “mano” ciertos datos que previsiblemente serán utilizados en las siguiente operaciones, sin tener que acudir a la memoria principal, reduciendo así considerablemente los tiempos de espera de las instrucciones. Es la caché de primer nivel (L1) ya que es la que más cerca está del Núcleo.

  • La memoria caché se basa en una tecnología de ampliación del modo de operación por paginado, es una clase de memoria RAM estática (SRAM) de acceso aleatorio, la ubicación de este tipo de memoria hace que sea suficientemente rápida para almacenar y transmitir datos que el microprocesador necesita recibir casi instantáneamente.

Existen varios tipos de caché:

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RAM como caché, Disco duro como caché y cache de navegadores web

  • Coprocesador matemático: mejor conocido como el FPU (unidad de coma o punto flotante), es la parte especializada para los cálculos matemáticos intensivos. El mismo viene ya adjunto al microprocesador a partir de los procesadores CPU 486. El coprocesador matemático se ha convertido en un en un compañero inseparable de los microprocesadores. Las unidades aritméticas de las CPU están capacitadas para realizar operaciones matemáticas elementales y el FPU se encarga de ejecutar las operaciones matemáticas de alto nivel, cabe acotar que la UAL y el FPU no son el mismo componente.
  • Núcleo del Microprocesador (CPU): es el compuesto por las siguientes unidades funcionales:

Unidad de control

Unidad aritmético lógica

Unidad de interfaz con el bus

Unidad de enteros

Entonces existe diferencia entre un CPU y un Microprocesador ?


La más veloz

Supercomputadora más véloz del Mundo

Tras invertir US$133 millones, IBM ha creado un monstruo: El RoadRunner. Basado en su arquitectura Blue Gene,  el correcaminos tiene 12.960 procesadores IBM Cell  y unos 7.000 AMD Opteron,  logrando una velocidad teórica de 1,02 Petaflops.

roadrunner

Datos:

-Actualmente la supercomputadora más rápida del mundo.

-Creada por IBM y el Laboratorio Nacional Los Álamos en Nuevo México.

-Corre a 1,026 petaflops, esto quiere decir que rinde a 1,026 x 10^15 operaciones en coma flotante por segundo.

-Tiene más de 12.960 procesadores IBM Cell en paralelo.

-6.192 procesadores Opteron de AMD unidos con 92Km de fibra óptica.

-Funciona bajo el sistema operativo Red Hat Enterprise Linux .

-Usa el software de computación distribuida xCAT.

-Costo: 133 millones de dólares.

-Uso: para estudios militares, ingeniería, medicina y ciencia.
Para dar una idea de la velocidad de esta supercomputadora, expertos de IBM señalaron que si todos los 6.000 millones de habitantes del planeta llevaran a cabo cálculos y operaciones a mano durante 24 horas al día, se tardarían 46 años en lograr lo que la Roadrunner hace en un solo día.
En primera instancia, la supercomputadora se usará para estudios militares, pero no se descarta su aplicación en tareas civiles, como ingeniería, medicina y ciencia, incluyendo el desarrollo de biocombustibles y el diseño de vehículos ecológicos.

El sistema de interconexión ocupa 557 metros cuadrados de espacio y cuenta con 91,7 kilómetros de fibra óptica pesando 226.800 kilos. Se encuentra en el laboratorio de investigaciones de IBM en Poughkeepsie (http://maps.google.com/maps?f=q&hl=en&geocode=&q=Poughkeepsie,+Nueva+York,&ie=UTF8&ll=42.016652,-74.333496&spn=10.966902,19.248047&z=6&iwloc=addr), Nueva York, y será trasladada en Julio al Laboratorio Nacional Los Alamos (LANL (http://es.wikipedia.org/wiki/Laboratorio_Nacional_Los_%C3%81lamos)), en Nuevo México.


La más robusta

Supercomputadoras más robustas en orden descendente

7. Jaguar


Jaguar

Jaguar es un sistema Cray XT, ubicado en el Oak Ridge National Laboratory, en EEUU. Posee 11706 nodos de procesamiento, de los cuales 11508 son configurados como nodos de cómputo y los demas son de I/O y servicios de login. Cada nodo contiene un procesador Dual-core AMD Opteron de 2.6GHz y 4GB de memoria. El sistema provee una capacidad de cómputo total de 119 Teraflops (comparativamente una computadora Pentium 4 posee una capacidad de unos cuantos Gigaflops). Utiliza un Sistema Operativo basado en Linux.

6. Red Storm – Sandia National Laboratories

Red Storm

Red Storm es una supercomputadora de procesamiento en paralelo diseñada y creado por Cray y Sandia Labs para llevar a cabo pruebas simuladas de almacenamiento de armas nucleares, que incluye el diseño de componentes de reemplazo, pruebas virtuales de los componentes bajo diferentes circunstancias, y asistiendo en las pruebas de ingeniería de armamento y su física asociada (weapon physics). Red Storm consiste en 12960 Nodos AMD Opteron que pueden llegar a 124.42 Teraflops y utiliza un sistema operativo Linux ligero que consiste en los componentes mínimos necesarios para dar soporte a las aplicaciones de Red Storm.
5. Cluster Platform 3000 BL460c

Supercomputador desarrollado por Hewlett-Packard para el gobierno sueco. Trabaja a 142 Teraflops y su uso es militar y en la defensa. Utiliza procesadores Intel EM64T Xeon 53xx (Clovertown) a 2667 MHz (10.668 GFlops). Fue construída en el 2007.
4. EKA

EKA es igualmente una supercomputadora construída por HP, y se encuentra actualmente en el Computational Research Laboratories, TATA SONS, en la India. Alcanza una capacidad de 170 Teraflops gracias a su arreglo de procesadores Intel EM64T Xeon 53xx (Clovertown) a 3000 MHz (12 GFlops).


3. SGI Altix ICE 8200

Supercomputador que se encuentra actualmente en el SGI/New Mexico Computing Applications Center (NMCAC). Posee una capacidad de cómputo de 172 Teraflops y se utiliza en la simulación de circuitos y semiconductores. El tipo de procesadores que utiliza es Intel EM64T Xeon 53xx (Clovertown) a 3000 MHz (12 GFlops).

2. BGW (Blue Gene/W) – IBM Thomas J. Watson Research Center

Ubicada en el Forschungszentrum Juelich (FZJ), esta supercomputadora ha sido construída por IBM y utiliza muchos procesadores PowerPC 450 850 MHz (3.4 GFlops), que en conjunto brindan una capacidad de procesamiento de 223 Teraflops. Se utiliza actualmente en la investigación en diversas áreas, incluyendo simulaciones nucleares y biológicas.

1. Blue Gene/L – Lawrence Livermore National Laboratory

Blue Gene/L es actualmente la computadora más robusta del mundo llegando a 596 Teraflops ya que utiliza 106,496 procesadores, y corre con una versión reducida de Linux. Es un proyecto colaborativo de IBM, Lawrence Livermore Labs, y el Departamento de Energía de los EEUU. Utiliza un diseño basado en celdas que le da una arquitectura escalable que puede ser expandida agregando mas bloques sin la preocupación de perjudicar a su desempeño ni de originar cuellos de botella a medida que crece la supercomputadora. El 2007, Blue Gene/L fue mencionada en las noticias cuando los científicos hicieron correr un simulador tan complejo como la mitad del cerebro de un ratón, del cual se cree que tiene 8 millones de neuronas cada una con al menos 8000 conexiones con otras fibras nerviosas. Cuando no se la usa para este propósito, la BGL se usa principalmente para simular procesos bioquímicos que involucran proteínas. Actualmente, ha sido escalada aumentando enormemente su capacidad de procesamiento.

NOTA: actualmente BlueGene ha sido desplazada por la nueva supercomputadora RoadRunner del mismo fabricante IBM.

Super ordenador español

La nueva supercomputadora española Janus…

Se llama Janus, y según ha aparecido en varios medios, estará compuesta de 16 placas con 256 procesadores que equivaldrían por 100.000 procesadores convencionales y solo consumirá 15 kilovatios al 100% de uso, además ha costado menos de un millón de euros.

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Cerebro de Charles Babbage Padre de la Computación

Tiene CPUs=100.000 CPUs “convencionales”  100.000 CPUs son de Pentium IV, si hubiese sido de PIII, a lo mejor hubiesen sido 500.000 CPUs ;). Además dicen que será capaz de una potencia de 90 TeraFLOPS. ¡¡Más o menos 351 GigaFLOPS por procesador!!
Hay que tener en cuenta que el BlueGene/L tiene una potencia máxima de 596 TeraFLOPS con poco menos de 213.000 procesadores (2.79 GigaFLOPS/Procesador). El MareNostrum, por poner un ejemplo más cercano y con una portencia similar, tiene 10.240 procesadores.

Super ordenadores a la orden

Supercomputadores Cray con GPUs de NVIDIA

Los procesadores gráficos de NVIDIA se ofrecerán como opción en la nueva línea de supercomputadores de sobremesa de Cray.
El fabricante de chips anunciará la próxima semana que sus procesadores Telsa pueden utilizarse en el supercomputador fabricado por Cray y que cuesta 25.000 dólares (60.000 dólares, completamente configurado). La compañía de gráficos lleva desde 2007 en conversaciones con Cray, pero esta es la primera vez que las dos compañías se ponen de acuerdo.

cray

El ordenador Cray CX1 (lanzado ayer), cuenta con 32 o 64 núcleos de Intel y almacenamiento interno de 4 terabytes. La nueva máquina, que funciona con una nueva versión de Microsoft Windows (Windows HPC Server 2008), incluye una pantalla táctil LCD y una interfaz de información, así como un sistema de control remoto basado en Web para la redirección de la consola, la gestión y la monitorización de rendimiento.

NVIDIA tiene experiencia en este terreno. Por ejemplo, sus GPUs se utilizaron en un supercomputador de 4.000 euros fabricado por la Universidad de Amberes para la creación de imágenes en 3D de órganos internos.