Memoria RAM: Almacenamiento y Recuperación de Información

La memoria RAM (Random Access Memory) son los circuitos que permiten almacenar y recuperar la información. Es la memoria basada en semiconductores que puede ser leída y escrita por el microprocesador u otros dispositivos de hardware. Mantiene los programas funcionando y abiertos, por lo que, al ser Windows un sistema operativo multitarea, estaremos a merced de la cantidad de memoria RAM que tengamos dispuesta en el ordenador.

Tipos de Encapsulado de Chips DRAM

Los chips de memoria DRAM (Dynamic Random Access Memory) suelen venir en varias formas:

  • DIP (Dual In-line Package): Se pinchaban directamente en la placa. Podían aparecer soldados o incrustados en los zócalos de la placa.
  • SOJ (Small Outline J-lead): Son otro tipo de encapsulado de memoria que se montan directamente sobre la superficie del circuito impreso.
  • TSOP (Thin Small Outline Package): Se popularizaron con el nacimiento de los módulos SIMM hasta el punto de convertirse en la forma de encapsulado DRAM más extendida.
  • FBGA (Fine-pitch Ball Grid Array): Se afianzaron en el mercado con las memorias DDR2 y se continúan utilizando en las nuevas DDR3.

¿Cómo Trabaja la Memoria RAM?

A la memoria RAM se le considera de acceso aleatorio debido a que podemos acceder a cualquier celda de memoria directamente, sin necesidad de conocer su fila y columna respectivas que interseccionan en esa celda.

Un acceso típico a DRAM comienza por especificar la fila y después la columna. Luego, una señal dentro del chip se activa para determinar si el acceso que se está haciendo es de lectura o escritura. Finalmente, el chip DRAM mueve el dato hacia o desde el bus de salida, dependiendo de si es una lectura o una escritura.

Estructura Física de la RAM

Físicamente, la memoria RAM es un circuito integrado hecho de millones de transistores y condensadores. En el tipo más común, la memoria DRAM o RAM dinámica, una celda DRAM de un bit necesita 1 transistor y 1 condensador (o 3 transistores).

El condensador almacena el bit de información (ya sea un 0 lógico o un 1), mientras que el transistor actúa como un interruptor que permite al sistema de circuitos eléctrico del chip de memoria leer la información del condensador o cambiar su estado.

El Proceso de Refresco

La labor es ardua: el controlador o la CPU ha de leer la memoria y luego reescribirla de nuevo. Esta operación de refresco sucede automáticamente miles de veces cada segundo sin que aparentemente nadie se dé cuenta de ello.

Hacer todo este proceso requiere tiempo, por tanto, ralentiza la memoria y evita que se pueda sacar todo el rendimiento de este tipo de memoria.

Comunicación con la CPU: Los Buses

La memoria se comunica con el resto de la CPU mediante unos canales denominados «Buses». Existen tres:

  • El Bus de datos (I/Ox): por donde circulan los datos.
  • El Bus de direcciones (Ax): encargado de indicar la posición de un dato concreto almacenado en memoria.
  • El Bus de control: por donde circulan las instrucciones de los procesos (CS y WE entre otros) que lleva a cabo el ordenador.

Funcionamiento Interno de la DRAM

La memoria DRAM trabaja mediante el envío de una carga a través de la columna apropiada para activar el transistor en cada bit de la columna. Cuando está escribiendo, la fila que contiene el estado del condensador debe «despertarse» o encenderse.

Cuando se está leyendo, el sensor apropiado determina el nivel de carga del condensador. Si es más de un 50 por ciento, lo traduce como 1 lógico. De otro modo, se traduce como un 0 lógico. El tiempo para hacer esto es tan pequeño que se expresa en nanosegundos (billonésimas de segundo).

Circuitos Auxiliares y Controlador de Memoria

Las celdas de memoria por sí solas no son de ningún valor sin alguna forma de capturar esa información o algún medio de introducirla. Así que las celdas de memoria son una parte de una estructura compuesta por otros circuitos especializados. Estos circuitos realizan funciones como:

  • Identificar cada columna y fila.
  • Seguir la secuencia de refresco.
  • Leer y restaurar la señal de una celda (con amplificadores adecuados).
  • Atribuir a una celda la propiedad de sólo lectura.

Otras funciones del controlador de memoria incluyen series de tareas entre las cuales están identificar el tipo, velocidad y cantidad de memoria, chequear los errores, tratarlos, y un amplio etcétera que también se escapa de las manos de los usuarios.

Velocidad de la RAM

Velocidad: La velocidad de la RAM se mide en MHz (Megahercios).

Nanosegundos y MHz: Las memorias traen inscrito en sus chips un número seguido de un guion y otro número. Este último corresponde a los nanosegundos (ns) y hay que convertirlos a MHz. Un chip de memoria puede tener ratios inferiores a los 70 o 50 ns, lo que significa que toma solamente 70 nanosegundos completar la lectura de una celda y recargarla mediante el proceso que hemos explicado con anterioridad.

Tabla de Equivalencia (Aproximada) Nanos y MHz

  • 17 ns ≈ 60 MHz
  • 15 ns ≈ 66 MHz
  • 13 ns ≈ 80 MHz
  • 10 ns ≈ 100 MHz
  • 8.3 ns ≈ 120 MHz
  • 7.5 ns ≈ 133 MHz

La Memoria RAM Estática (SRAM)

La memoria RAM estática (SRAM) utiliza una tecnología completamente diferente a la memoria dinámica. En este tipo, unos componentes eléctricos almacenan cada bit de memoria mediante puertas booleanas. Físicamente, una celda SRAM de un bit necesita 6 transistores.

Esta memoria, como su nombre indica, no necesita de ningún tipo de refresco. Esto hace que la RAM estática sea significativamente más rápida que la dinámica. Sin embargo, tiene más componentes, es más voluminosa, y esto podría ser un inconveniente. Debido a esto, tenemos menos memoria por chip y es más cara.

Resumiendo: la memoria SRAM es más cara y rápida, mientras que la DRAM es algo más económica pero más lenta. Por este motivo, la RAM estática se utiliza para caché y otros sistemas, mientras que la dinámica sirve para grandes capacidades de almacenamiento.

Profundizando en DRAM

El DRAM (Dynamic Random Access Memory) es el tipo de chip de memoria más común en el mercado. “Acceso aleatorio” significa que cada celda de memoria del chip puede ser leída o escrita en cualquier orden. La denominación de dinámica indica que para que el chip de memoria mantenga sus datos necesita ser refrescado o actualizado periódicamente. El proceso de refresco recarga esas celdas. En cuanto a estos chips se les deja sin alimentación eléctrica, los datos se pierden.

Existen componentes DRAM especialmente diseñados que emplean tecnología de autorrefresco, que hace posible que los componentes se refresquen a sí mismos. Esta tecnología, integrada en el propio chip, reduce dramáticamente el consumo de energía y se emplea frecuentemente en ordenadores portátiles.

Capacidad de Manejo de Datos y Voltaje

La Capacidad de manejo de Datos se mide en Bits. Internamente, el intercambio de datos entre microprocesador y memoria se hace en agrupaciones de bits denominadas palabra. Por ejemplo, un microprocesador con arquitectura de 32 bits puede leer o escribir en cada momento 32 bits y decimos que tiene una longitud de palabra de 32 bits. Una memoria DIMM maneja 64 Bits y una SIMM 32 Bits.

Las memorias de ordenador operan típicamente con tensiones de 5, 3.3, 2.5, 1.8 y 1.5 voltios. Actualmente, los chips trabajan más rápido y consumen menos energía.

Evolución de la Memoria DDR

DDR2

Posteriormente, en el año 2003, aparece la segunda generación de memorias DDR, denominada DDR2. Difieren en que la velocidad del bus de datos corre dos veces más rápido que las DDR, por lo que se consigue duplicar el rendimiento de procesamiento en la memoria.

Los búferes de entrada/salida trabajan al doble de la frecuencia del núcleo, permitiendo que durante cada ciclo de reloj se realicen cuatro transferencias. Por ejemplo, las memorias DDR corren con un bus I/O a 200 MHz, mientras que las DDR2 corren al doble, por lo que están equipadas con un bus I/O de 400 MHz.

Otra gran ventaja que se logró con esta memoria fue la disminución del consumo de energía, ya que la anterior DDR funciona con 2.5 V, mientras que las DDR2 funcionan con 1.8 V. Esto mejora el consumo de energía hasta en un 50%, y la generación de calor, así como permitir una mayor densidad de memoria para configuraciones de mayor capacidad. Incorporarán la tecnología On-Die Termination, que minimiza las reflexiones de la señal a altas velocidades al mismo tiempo que mejora los timings. Los chips utilizan el encapsulado BGA de tono fino (FBGA).

La señalización diferencial requiere más contactos, por lo que el número de contactos en un módulo de memoria DDR2 SDRAM DIMM se elevó de 184 a 240. Los módulos de memoria DDR2 tienen una llave o muesca diferente a la de los módulos DDR del mismo tamaño para evitar su inserción en un socket de memoria incompatible.

Comparativa entre DDR2 y DDR

Esta memoria fue introducida con los procesadores Pentium 4. No fue hasta el 2006 que fueron incorporadas las instrucciones de controladores de memoria en los procesadores de AMD utilizados en los Socket AM2, por lo que anterior a esto no se podían configurar equipos que tuvieran memorias DDR2 y un procesador AMD de nuestra elección.

DDR3

Después de varios años, tenía que aparecer una nueva versión en las memorias, y fue en el año 2007 cuando se anunciaron las nuevas DDR3, aumentando considerablemente el rendimiento de procesamiento y una baja notable en el voltaje, pero con un aumento en los ciclos de acceso a la memoria.

Una desventaja que tienen estas memorias es que están accesibles en el mercado a un precio muy alto. Se esperaba que muchas personas migraran a las nuevas tarjetas madres Intel con los Chipset P35 o G33, las cuales tienen controladoras y socket para las memorias DDR2 y DDR3, comprando inicialmente memoria DDR2 para posteriormente hacer las actualizaciones hacia las memorias DDR3.

En esta nueva versión de memoria, el rendimiento de procesamiento se incrementó debido a la incorporación de una lectora cuádruple por cada ciclo de reloj, esto quiere decir que es cuatro veces más rápida que la DDR y dos veces más rápida que la DDR2.

Asimismo, su voltaje de operación es tan solo de 1.5 V, contra los 1.8 V de la DDR2 y los 2.5 V de la DDR, por lo que nuevamente los mayormente beneficiados son los equipos portátiles que estarán dotados con estas memorias.

Tabla Comparativa de Memorias DDR

Tecnologías de Canal de Memoria

  • Dual Channel (Doble Canal): Es una tecnología que permite el incremento del rendimiento gracias al acceso simultáneo a dos módulos distintos de memoria. Esto se consigue mediante un segundo controlador de memoria en el NorthBridge.
  • Para que la computadora pueda funcionar en Dual Channel, se debe tener dos módulos idénticos (deben coincidir en velocidad, tamaño, latencias y fabricante) de memoria DDR, DDR2, o DDR3 (no es posible usarlo en SDR) en los zócalos correspondientes de la placa base (generalmente emparejados por color), y el chipset de la placa base debe soportar dicha tecnología. En caso de que las memorias sean distintas, puede que no funcionen o, en el peor de los casos, que alguna sufra algún daño. Es por ello que los fabricantes venden módulos comprobados para funcionar en configuraciones de doble canal (kits).
  • Duplicar la capacidad de mandar datos en el subsistema de memoria no implica que lleguen el doble de datos; en la práctica, ese incremento se manifiesta en un 10% o menos de aumento del rendimiento.
  • Tri Channel (Triple Canal): El procesador Intel Core i7 (primera generación) posee un controlador de memorias DDR3 en su interior, que además es compatible con triple canal para un ancho de banda final entre procesador y memorias de 192 bits. Para esto, deberás instalar tres módulos idénticos en tu computador. En la actualidad (del texto original), las diferencias al usar doble canal o triple canal de memoria con módulos DDR3 son despreciables en muchos casos.

Otros Tipos de Memoria: SDRAM y RDRAM

SDRAM (Synchronous DRAM): Aunque no se detalla aquí, es la predecesora de DDR.

RDRAM (Rambus DRAM): Este tipo de memoria DRAM lo desarrolló la empresa Rambus Inc. con una estructura interna distinta y una tasa de transferencia optimizada. Dado que los módulos pueden colocarse individualmente o de dos en dos como canal serie, se puede lograr una tasa de transferencia de hasta 9.6 GB/s empleando los cuatro canales.

Por este motivo, este tipo de memorias es muy útil en servidores que necesiten mucha memoria. Además, la RDRAM cuenta con una función ECC (corrección de errores). Hay memorias RDRAM como RIMM de 184 contactos (16 bits), otras como RIMM de 232 contactos (32 bits) y otras como SO-RIMM de 160 contactos. Su velocidad se indica con PC600, PC700, PC800, PC1066 o PC1200.

Otras Características de la RAM

  • Memorias con paridad: Consisten en añadir a cualquiera de los tipos anteriores un chip que realiza una operación con los datos cuando entran en el chip y otra cuando salen. Si el resultado ha variado, se ha producido un error y los datos ya no son fiables. Dicho así, parece una ventaja; sin embargo, el ordenador sólo avisa de que el error se ha producido, no lo corrige. Es más, estos errores son tan improbables que la mayor parte de los chips no los sufren jamás aunque estén funcionando durante años; por ello, hace años que la mayoría de las memorias de consumo se fabrican sin paridad.
  • RAM Registrada (Registered / Buffered): Los módulos de memoria que cuenten con el distintivo de registrada («registered») disponen de una memoria intermedia («Buffer») adicional que evita ciertos problemas que podrían surgir al emplear más de 4 memorias DIMM en un ordenador. De manera básica, podríamos decir que todos los contactos del módulo de memoria usan un buffer basado en un registro, excepto los encargados de proporcionar la señal del clock. De esta manera se consigue un incremento en la velocidad al transmitir datos de forma continua (gracias al buffer) y es posible instalar más de 4 DIMM en el mismo controlador de memoria; el único inconveniente es una pequeña pérdida de latencia (exactamente 1 ciclo de reloj), pero en ocasiones (dependiendo del chipset) puede ser enmascarada. Si han de insertarse más de 2 GB de memoria en un ordenador (en sistemas más antiguos), se recomienda que éstos sean módulos de memoria registrada. La mayoría son módulos equipados con ECC. Estos módulos registrados no ofrecen ningún beneficio si se emplean en un ordenador con poca memoria y, además, funcionan sólo con ciertas placas base (generalmente de servidor o estación de trabajo).
  • RAM ECC (Error Checking and Correcting) o con corrección de errores: Es algo completamente diferente. ECC es un tipo de circuito de detección y corrección de errores que es usado para detectarlos en tiempo real y corregirlos. Estos errores son producidos por la ionización de las partículas del aire que crean un pequeño campo magnético y pueden provocar que un bit de memoria cambie de estado (de 0 a 1 o viceversa). Los chips ECC permiten corregir errores de 1 o 2 bits en transferencias de 64 bits de ancho de banda, mejorando la anterior tecnología de memorias con paridad (que solo detectaban un cambio de bit, pero no corregían el error). Es necesario mencionar que la tecnología ECC hoy en día ha evolucionado hacia el estándar ECC ADVANCED, también conocido como Chipkill, que básicamente funciona de la misma manera que la ECC convencional, pero mejorando la capacidad de corrección de errores en tiempo real hasta la cantidad de 4 bits. Usada en servidores de archivos y empleados por aplicaciones críticas. La RAM ECC es mucho más costosa que otros tipos de RAM. Las RAMs ECC y no-ECC no pueden ser mezcladas. Las memorias con función ECC son más fiables, por lo que normalmente se emplean en servidores.
  • Latencia CAS (Column Address Strobe): Es un parámetro que dice mucho de la calidad de la memoria. Son los ciclos de reloj que tarda en ser transferida la información desde la celda de memoria hasta el buffer de salida. Pueden tener varios valores: 3, 2.5, 2, 1, etc. Queda claro que es más rápido CAS 1 que CAS 2, y CAS 2 más que CAS 3 (a la misma frecuencia de reloj). Según el JEDEC, la DDR-SDRAM puede tener CAS = 2 ó CAS = 2.5 (siendo más rápida la de CAS = 2). Puede que incluso aparezcan memorias de CAS = 1.5 (que sería excelente pero carísima) o CAS = 3 (que sería poco recomendable). Menor latencia CAS es mejor.

Formatos de Módulos de Memoria: ¿SIMM, DIMM, RIMM?

Es la forma en que se reúnen los chips de memoria para conectarse a la placa base del PC. Son unas placas (tarjetas) alargadas con conectores en un extremo; a todo el conjunto se lo llama módulo.

  • SIMM (Single In-line Memory Module): Módulos simples de memoria en línea de 30 o 72 contactos.
    • Los de 30 contactos pueden manejar 8 bits cada vez, por lo que en un 386 ó 486 (bus de datos de 32 bits), necesitábamos usarlos de 4 en 4 módulos iguales. Miden unos 8.5 cm.
    • Los SIMM de 72 contactos (más modernos en su época) manejan 32 bits, por lo que se usaban de 1 en 1 en los 486; en los Pentium (bus de 64 bits) se haría de 2 en 2 módulos (iguales). Miden unos 10.5 cm. Las ranuras (bancos) donde van montadas suelen ser de color blanco.
  • DIMM (Dual In-line Memory Module): Módulos de memoria dual en línea de 168 (SDR), 184 (DDR) o 240 (DDR2, DDR3) contactos. Miden de 13 a ~15 cm y se instalan en ranuras (bancos) generalmente de color negro, que llevan dos palanquitas (generalmente blancas) en los extremos para facilitar su correcta colocación. Pueden manejar 64 bits de una vez. Existen de 5, 3.3, 2.5, 1.8 y 1.5 voltios (dependiendo de la tecnología: SDR, DDR, DDR2, DDR3). Los DIMMs pueden ser agregados de a uno (en modo Single Channel) o en pares/tríos/cuartetos (para Dual/Triple/Quad Channel).
  • SO-DIMM (Small Outline Dual In-line Memory Module): De 72, 100, 144 (SDR), 200 (DDR/DDR2), 204 (DDR3) o 260 (DDR4) contactos. Fue creado específicamente para aplicaciones móviles (portátiles). Muchos SO-DIMM también son utilizados en impresoras y sistemas compactos.
  • RIMM (Rambus In-line Memory Module): De 184 o 232 contactos, utilizados por los Pentium 4 (en algunas placas). Tiene un diseño totalmente nuevo, un bus de datos más estrecho (sólo 16 bits o 32 bits) pero funciona a velocidades mucho mayores (ej. 800 MHz efectivos). Los módulos de 16 bits RDRAM se colocan por pares, los de 32 bits pueden ser agregados de a uno. Requieren módulos de continuidad (CRIMM) en los zócalos no utilizados.

Memoria Virtual

Tenemos también lo que llamamos memoria virtual o archivo de paginación (a veces referido como swapping). Windows crea esta memoria virtual utilizando espacio del disco duro para simular RAM adicional cuando la memoria física se agota. Si las demandas de memoria llegasen a superar la capacidad combinada de RAM y memoria virtual configurada en el disco, o si el disco se llena, la máquina puede volverse inestable o colgarse, para lo cual lo único que resta es reiniciarla.

Si abrimos muchos programas, nos vamos a dar cuenta de que cuando llegamos a utilizar memoria virtual, la máquina comienza a funcionar más lenta, ya que la velocidad de acceso al disco duro es mucho menor que la de la RAM. Podemos seguir trabajando, pero nunca andará tan rápido como cuando trabaja exclusivamente con la memoria RAM.

Sin embargo, esta memoria virtual tiene varios inconvenientes; el principal es su velocidad, ya que es muchísimo más lenta que la RAM. Mientras la velocidad de acceso a la RAM se mide en nanosegundos (ns, milmillonésimas de segundo), la de los discos duros se mide en milisegundos (ms, milésimas de segundo); es decir, que se tarda miles o millones de veces más en acceder a un dato que se encuentra en el disco duro que a uno de la RAM.

Además, el ancho de banda es también muy inferior; por ejemplo, en un ordenador con memoria DDR3-1600, cada segundo pueden transmitirse teóricamente hasta 12800 MB/s, mientras que un disco duro SATA tradicional apenas alcanza unos cientos de MB/s (los SSD son mucho más rápidos, pero aún inferiores a la RAM). Por no hablar del considerable ruido que organizan algunos discos duros mecánicos, su elevado consumo (comparado con la RAM), y lo más importante: el hecho innegable y no pocas veces lamentado de la escasa estabilidad de Windows cuando realmente sobrecargamos el «archivo de intercambio» (el que almacena los datos de la memoria virtual).

Por lo tanto, para evitar depender excesivamente de la memoria virtual y mantener un buen rendimiento, lo mejor es instalar una cantidad suficiente de memoria RAM, de acuerdo a las especificaciones y capacidad máxima soportada por la placa base.

¿Cuánta Memoria Tengo?

Cuando enciendes la computadora, la cantidad de RAM instalada debería verse en una de las primeras pantallas durante el proceso de arranque (POST).

Si usas Windows, puedes averiguar cuánta memoria tiene tu PC haciendo clic derecho en el icono de Este equipo (o Mi PC) y escogiendo Propiedades. La cantidad de memoria instalada aparecerá en la sección «Sistema» o similar.

Cuando quieras añadir memoria y tengas dudas, echa un vistazo al manual de tu placa base o visita el sitio web del fabricante. Es fundamental conocer los detalles acerca de tu placa base (tipo de memoria soportada -DDR3, DDR4, etc.-, velocidad máxima, capacidad máxima por módulo y total). Si temes que nada de lo anterior sirva, entonces puedes extraer tú mismo un módulo de memoria (asegúrate de descargar la electricidad estática de tu cuerpo tocando una parte metálica del chasis del PC apagado y desconectado), colócalo en una bolsa antiestática y visita a algún experto que te pueda asesorar acerca del tipo de memoria que necesitas y cuál es la mejor opción compatible.

El Microprocesador (CPU)

El chip más importante de cualquier placa madre es el microprocesador o simplemente procesador. A menudo a este componente se le denomina CPU (Central Processing Unit, Unidad Central de Procesamiento), que describe a la perfección su papel dentro del sistema. El procesador es realmente el elemento central del proceso de tratamiento de datos.

La CPU gestiona cada paso en el proceso de los datos. Actúa como el conductor y el supervisor de los componentes de hardware del sistema. Asimismo, está unida, directa o indirectamente, con todos los demás componentes de la placa principal. Por lo tanto, muchos grupos de componentes reciben órdenes y son activados de forma directa por la CPU. Este tipo de operaciones se realizan a nivel de bits.

Funcionamiento Interno y Lenguaje Ensamblador

Para entender el funcionamiento de un procesador, es de gran ayuda mirar en el interior del mismo y aprender la lógica utilizada para crearlo. En el proceso de entender cómo trabaja un microprocesador, podemos conocer su lenguaje nativo, el lenguaje ensamblador.

También durante el desarrollo de los ordenadores personales han ido variando las unidades funcionales internas de los procesadores, evolucionando drásticamente. Se ha incorporado un número de transistores y circuitos integrados cada vez mayor, y dentro de un espacio cada vez más reducido, a fin de satisfacer las demandas cada vez más exigentes de mayores prestaciones por parte del software.

El Silicio y los Transistores

El silicio es el material semiconductor más habitual. Como la conductividad eléctrica de un semiconductor puede variar según la tensión aplicada al mismo, los transistores fabricados con semiconductores actúan como conmutadores que abren y cierran el paso de corriente en sólo unos pocos nanosegundos (milmillonésimas de segundo). También actúan como amplificadores electrónicos, osciladores, resistencias, diodos, condensadores y conexiones, todo ello en una muy pequeña superficie.

Dichos transistores almacenan cargas eléctricas que corresponden a unos o ceros, formando el código binario que las computadoras utilizan para comunicarse. Los grupos de transistores están todos conectados entre sí para almacenar los diferentes valores de la información; también realizan funciones matemáticas y lógicas, y con la ayuda del reloj del sistema (medido en MHz o GHz), desarrollan sus funciones sincronizadamente. En otras palabras, los transistores son los encargados de procesar toda la información.

Esto permite que un ordenador pueda realizar millones o miles de millones de instrucciones sencillas cada segundo y ejecutar rápidamente tareas complejas.

(Descripción de imagen: Una sección transversal del transistor mostrando la ubicación exacta de la capa de Siliciuro de Níquel.)

Transistores MOSFET

El transistor empleado más comúnmente en la industria microelectrónica se denomina transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor (MOSFET). Contiene dos regiones (generalmente de tipo n), llamadas fuente y drenaje, con una región del tipo opuesto (tipo p) entre ambas, llamada canal. Encima del canal se encuentra una capa delgada de dióxido de silicio (aislante), sobre la cual va otra capa conductora llamada puerta (gate). Para que los electrones fluyan desde la fuente hasta el drenaje, es necesario aplicar una tensión adecuada a la puerta. Esto hace que la puerta actúe como un conmutador de control, conectando y desconectando el MOSFET y creando así las puertas lógicas que procesan los unos y ceros a través del microprocesador.

Elementos Auxiliares de la CPU

Una CPU solo necesita algunos elementos básicos para realizar su trabajo, pero su diseño original ha sido modificado a través de los años para mejorar el funcionamiento global. Por esto podemos decir que el objetivo de dicha reforma es bastante claro: «Procesar datos más rápidamente».

  • Caché: Mientras se buscaba la manera de agilizar el procesamiento de los datos, los fabricantes de chips notaron que una CPU a menudo tenía que esperar mientras buscaba una instrucción o un dato de la RAM (que es más lenta que la CPU). Para disminuir dicho período de espera, se agregó, dentro de cada CPU, un área de almacenamiento de datos de alta velocidad llamada caché (generalmente Caché L1). De esta manera, los datos y las instrucciones más frecuentemente usados pueden ser almacenados temporalmente dentro de la misma CPU, disminuyendo el número de consultas a la RAM.
  • Caché L2 y L3: Afirmando la idea de la caché, los fabricantes incluyeron otros niveles de memoria caché de muy alta velocidad. La Caché L2 (Level 2) se encuentra entre la caché L1 y la RAM. Posteriormente se añadió la Caché L3, compartida por varios núcleos en procesadores multinúcleo. Una mayor cantidad y velocidad de caché significa un número aún menor de consultas a la lenta RAM principal y, por tanto, una mayor velocidad de procesamiento.
  • Chipset: Es el conjunto de circuitos integrados en la placa base que determinan las capacidades de comunicación y el rendimiento general de la placa. Controlan el tráfico de información entre la CPU, la memoria RAM, las ranuras de expansión (PCIe), los puertos USB, SATA, etc. Tradicionalmente dividido en Northbridge (controlador de memoria, gráficos) y Southbridge (periféricos, I/O), aunque en arquitecturas modernas muchas funciones del Northbridge están integradas en la propia CPU.
  • Controlador de interrupciones: Una interrupción es una señal de estado que se transmite al microprocesador para que abandone temporalmente la tarea que está ejecutando y realice otra prioritaria (por ejemplo, atender una pulsación de tecla o la llegada de datos por la red). Una vez atendida la tarea de la interrupción, la CPU continúa en el punto en que lo dejó. El controlador de interrupciones recibe señales (denominadas IRQ – Interrupt Request) desde los dispositivos (ej. teclado) e informa de ello a la CPU para que sean atendidos.
  • Acceso Directo a Memoria (DMA – Direct Memory Access): Si todos los datos que salen o entran tuviesen que pasar por la CPU, el procesador tardaría más tiempo en atender los periféricos que en atender a los programas. En una situación normal sin DMA, el microprocesador recibe los datos del periférico y los pasa a la memoria. El DMA permite a ciertos periféricos (como discos duros, tarjetas de red, tarjetas gráficas) transferir datos directamente hacia o desde la memoria RAM, sin la intervención constante de la CPU, mientras el procesador está ocupado haciendo otras operaciones. Cada periférico que usa DMA debe utilizar un canal DMA diferente.

Los MHz (y GHz)

La velocidad de reloj de un procesador se mide en Megahercios (MHz) o Gigahercios (GHz) e indica cuántos ciclos de reloj puede realizar por segundo. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que un ordenador con un micro a 3.0 GHz no será necesariamente el doble de rápido que uno con un micro a 1.5 GHz del mismo modelo o arquitectura. Hay que tener en cuenta muchos otros factores:

  • La arquitectura del procesador (IPC – Instrucciones por Ciclo). Un procesador más moderno puede hacer más trabajo en cada ciclo de reloj.
  • El número de núcleos y hilos de procesamiento.
  • La cantidad y velocidad de la memoria caché (L1, L2, L3).
  • La velocidad del bus frontal (FSB) o tecnologías equivalentes (QPI, DMI, HyperTransport) que conectan la CPU con el resto del sistema.
  • La velocidad y cantidad de la memoria RAM.
  • El rendimiento de otros componentes como la tarjeta gráfica y el almacenamiento (SSD vs HDD).

En realidad, las diferencias de rendimiento basadas únicamente en los MHz pueden ser engañosas si se comparan procesadores de diferentes generaciones o arquitecturas. A menudo, las pruebas de rendimiento (benchmarks) que se centran sólo en la CPU pueden exagerar el impacto de los MHz en el rendimiento general del sistema.

Por lo tanto, si le quieren vender un ordenador basándose únicamente en el argumento de que tiene ‘x’ MHz o GHz más, muéstrese escéptico. Es preferible un sistema equilibrado, con un procesador adecuado a sus necesidades, suficiente memoria RAM rápida, un buen sistema de almacenamiento (preferiblemente SSD) y una tarjeta gráfica apropiada para el uso previsto, que un sistema descompensado con muchísimos MHz pero con cuellos de botella en otros componentes.