UE ES LA MEMORIA CACHE EN UN PROCESADOR. 

Una memoria caché es una memoria en la que se almacenas una serie de datos para su rápido acceso. Existen muchas memorias caché (de disco, de sistema, incluso de datos, como es el caso de la caché de Google), pero en este tutorial nos vamos a centrar en la caché de los procesadores. 

Básicamente, la memoria caché de un procesador es un tipo de memoria volátil (del tipo RAM), pero de una gran velocidad. 

En la actualidad esta memoria está integrada en el procesador, y su cometido es almacenar una serie de instrucciones y datos a los que el procesador accede continuamente, con la finalidad de que estos accesos sean instantáneos. Estas instrucciones y datos son aquellas a las que el procesador necesita estar accediendo de forma continua, por lo que para el rendimiento del procesador es imprescindible que este acceso sea lo más rápido y fluido posible. 

Hay tres tipos diferentes de memoria caché para procesadores: 

Caché de 1er nivel (L1): 

Esta caché está integrada en el núcleo del procesador, trabajando a la misma velocidad que este. La cantidad de memoria caché L1 varía de un procesador a otro, estando normalmente entra los 64KB y los 256KB. Esta memoria suele a su vez estar dividida en dos partes dedicadas, una para instrucciones y otra para datos. 

Caché de 2º nivel (L2): 

Integrada también en el procesador, aunque no directamente en el núcleo de este, tiene las mismas ventajas que la caché L1, aunque es algo más lenta que esta. La caché L2 suele ser mayor que la caché L1, pudiendo llegar a superar los 2MB. A diferencia de la caché L1, esta no está dividida, y su utilización está más encaminada a programas que al sistema. 

Caché de 3er nivel (L3): 

Es un tipo de memoria caché más lenta que la L2, muy poco utilizada en la actualidad. 

En un principio esta caché estaba incorporada a la placa base, no al procesador, y su velocidad de acceso era bastante más lenta que una caché de nivel 2 o 1, ya que si bien sigue siendo una memoria de una gran rapidez (muy superior a la RAM, y mucho más en la época en la que se utilizaba), depende de la comunicación entre el procesador y la placa base. 

Para hacernos una idea más precisa de esto, imaginemos en un extremo el procesador y en el otro la memoria RAM. Pues bien, entre ambos se encuentra la memoria caché, más rápida cuanto más cerca se encuentre del núcleo del procesador (L1). 

Las memorias caché son extremadamente rápidas (su velocidad es unas 5 veces superior a la de una RAM de las más rápidas), con la ventaja añadida de no tener latencia, por lo que su acceso no tiene ninguna demora... pero es un tipo de memoria muy cara. Esto, unido a su integración en el procesador (ya sea directamente en el núcleo o no) limita bastante el tamaño, por un lado por lo que encarece al procesador y por otro por el espacio disponible. 

En cuanto a la utilización de la caché L2 en procesadores multinucleares, existen dos tipos diferentes de tecnologías a aplicar. 

Por un lado está la habitualmente utilizada por Intel, que consiste en que el total de la caché L2 está accesible para ambos núcleos y por otro está la utilizada por AMD, en la que cada núcleo tiene su propia caché L2 dedicada solo para ese núcleo. 

La caché L2 apareció por primera vez en los Intel Pentium Pro, siendo incorporada a continuación

por los Intel Pentium II, aunque en ese caso no en el encapsulado del procesador, sino externamente (aunque dentro del procesador). 

 

aracterísticas principales del procesador Editar  1  0  16 …

Table of ContentsVelocidadLas memoriasConsumoBus de datos

VelocidadActualmente se habla de frecuencias de Gigaherzios (GHz.), o de Megaherzios (MHz.). Lo que supone miles de millones o millones, respectivamente, de ciclos por segundo.

Sin embargo, la capacidad de un procesador no se puede medir solamente en función de su 'frecuencia de reloj', sino que interviene también la cantidad de instrucciones que es capaz de gestionar a la vez ('juego de instrucciones'), y lo que se conoce como 'ancho de bus' (cantidad máxima de información en bruto transmisible) que se mide en bits. Un bit es una pareja del tipo '0/0', '0/1', '1/1' o '1/0' en el código binario: cuantos más bits admita el 'ancho de bus', códigos más largos de ceros y unos se pueden procesar. Esta capacidad viene determinada por el número de transistores, pero también por los sucesivos niveles de memoría que se sitúan cerca de la CPU.

El indicador de la frecuencia de un microprocesador es un buen referente de la velocidad de proceso del mismo, pero no el único. La cantidad de instrucciones necesarias para llevar a cabo una tarea concreta, así como la cantidad de instrucciones ejecutadas por ciclo ICPSon los otros dos factores que determinan la velocidad de la CPU:La cantidad de instrucciones necesarias para realizar una tarea depende directamente del juego de instrucciones disponible, mientras que ICP depende de varios factores, como el grado de supersegmentaciónLa cantidad de unidades de proceso o "pipelines" disponibles, entre otros. La cantidad de instrucciones necesarias para realizar una tarea depende directamente del juego de instrucciones.

Las memoriasEn el pasado, los procesadores contaban sólo con la memoria RAM para almacenar la información de las órdenes que se iban pasando sucesivamente al procesador; llegó un momento en que los procesadores eran más potentes que la memoría RAM. Es decir, que ésta les podía pasar de golpe menos información de la que ellos podían gestionar, con lo que el procesador estaba ampliamente desaprovechado

Para solucionar este desfase se diseñaron las 'memorias caché', estableciendo así dos niveles consecutivos de memoria entre la CPU y la memoria RAM.

Junto a la CPU, y en orden creciente de distancia respecto a la misma, se sitúan tres unidades o niveles de memoría. La 'memoria caché de primer nivel' (L1), la 'memoria caché externa' (L2) y la memoria RAM.La 'caché interna', o de 'primer nivel', es la que determina los datos que el procesador gestionará más inmediatamente, los prioritarios en la cola; su capacidad para almacenar datos es la que define, junto a la 'frecuencia de reloj' y la capacidad de la memoria RAM, la potencia del procesador, puesto que es la que surte el chorro de datos a la CPU.Hasta hace pocos años su capacidad era de 32 Kilobytes (aproximadamente 8 bits son un byte), pero los actuales procesadores la han aumentado a 64 Kilobytes. Estos son los datos que la caché de primer nivel es capaz de propocionar a la CPU en cada oscilación. Es, por tanto, una memoria corta y de alta capacidad de transmisión.

La 'caché de segundo nivel' tiene una capacidad de gestionar muy superior (entre 256 Kilobyes y 2 Megabytes), pero muy inferior a la memoria RAM, la más alejada, que actualmente se sitúa entre los 500 Megabytes y un Gigabyte. Esta capacidad es tan importante como la fluidez de datos entre las memorias, pues limita la capacidad del usuario, o de los programas que éste ejecutando, de dar muchos datos a la vez al procesador.Si se está ejecutando un videojuego o un programa con gráficos complejos, se necesitará una memoria RAM de elevada capacidad para almacenar la gran cantidad de instrucciones que conllevan estos programas, e irlas pasando a los sucesivos niveles de memoría para que el procesador las ejecute.

Todos estos componentes (la CPU y las memorias) van ensamblados sobre una matriz plana conocida como 'placa base', que es la encargada de interconectarlos entre sí. La placa base, finalmente, se capsule rodent de un request cofre. El procesador queda así conformado.

ConsumoProcesadores de doble nucleo: Esta nueva tecnología de microprocesadores permite aumentar el rendimiento sin consumir más energía ni generar un exceso de calor.Al aumentar el calor, disminuye la eficiencia del procesador en general debido al comportamiento de los transistores a diferentes temperaturas.Con el luge de los portátiles, el problema del espacio y de la generality de calor se ha magnificado.Los superordenadores actuales son esencialmente series de ordenadores que computan en paralelo.

Bus de datosLos procesadores funcionan con una anchura de banda bus de 64 bits ( un bit es un dígito binario, una unidad de información que puede ser un 1 o un 0 ) esto significa que puede transmitir simultanenente 64 bits de datos

FUNCIONAMIENTO DEL MICROPROCESADOR

Básicamente un procesador realiza comparaciones lógicas y operaciones básicas sobre datos que se pueden encontrar en la Memoria RAM, Caché, registros de CPU, etc. Utilizando compuertas lógicas, registros y las instrucciones o Flips Flops.

El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios en la memoria principal . La ejecución se puede realizar en varias fases:

PreFetch, Pre lectura de la instrucción desde la memoria principal.

Fetch, envio de la instrucción al decodificador (una parte de la CPU).

Decodificación de instrucción, es decir determinar que instrucción es y por tanto que se debe

hacer.

Lectura de operandos (si los hay).

Ejecución de la microinstrucción.

Escritura de los resultados, primero en el registro acumulador y después en la memoria RAM si

fuera necesario.

Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU, dependiendo de la estructura del procesador, y concretamente de su grado de segmentación. La duración de estos ciclos viene determinada por la frecuencia de reloj, y nunca podrá ser inferior al tiempo requerido para realizar la tarea individual (en un solo ciclo) de mayor tiempo. El microprocesador se conecta a un oscilador que genera varios ciclos en un segundo.

Las instrucciones que lee, interpreta y ejecuta el procesador están escritas en su propio lenguaje, el lenguaje-máquina. También se utiliza un lenguaje de más alto nivel el ensamblador. Cada modelo de procesador tiene su propio lenguaje-máquina y necesita su propio ensamblador, es decir, las instruciones de los AMD e Intel serán distintas.

arjetas gráficas

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Table of ContentsLa tarjeta gráfica

Componentes

1. GPU

2. Memoria de vídeo

3. Salidas

4. Dispositivos refrigerantes

5. Interfaces con la placa base

Prácticas

La tarjeta gráfica

La tarjeta gráfica es el traductor simultáneo del procesador; se encarga de traducir las señales eléctricas en un lenguaje que la pantalla o el proyector pueda comprender. Su trabajo es tan pesado que algunas son casi un ordenador en sí mismas.

Las tarjetas gráficas llevan un procesador de refuerzo para renderizar (interpretar de modo comprensible) gráficos o procesar imágenes 3D. Además, tienen una memoria independiente para que los gráficos no agoten los recursos de la máquina.Los mayores fabricantes de tarjetas gráficas en el mercado son Nvidia y Ati. Pero más allá de que se desee un modelo más o menos potente, antes de comprar una unidad hay que comprobar que sea compatible con la placa del ordenador y que sea acorde a las limitaciones y capacidades del monitor.

Componentes

1. GPULa GPU es un procesador (como la CPU) dedicado al procesamiento de gráficos; su razón de ser es aligerar la carga de trabajo del procesador central y, por ello, está optimizada para el cálculo en coma flotante, predominante en las funciones 3D. La mayor parte de la información ofrecida en la especificación de una tarjeta gráfica se refiere a las características de la GPU, pues constituye la parte más importante de la tarjeta. Dos de las características más importantes son la frecuencia de reloj del núcleo y el número depipelines (vertex y fragment shaders), encargadas de traducir una imagen 3D compuesta por vértices y líneas en una imagen 2D compuesta por píxeles.

2. Memoria de vídeoSegún la tarjeta gráfica esté integrada en la placa base (bajas prestaciones) o no, utilizará la memoria RAM propia del ordenador o dispondrá de una propia. Dicha memoria es la memoria de vídeo o VRAM. La memoria empleada en 2006 estaba basada en tecnología DDR, destacando DDR2, GDDR3 y GDDR4.

Una parte importante de la memoria de un adaptador de video es el Z-Buffer, encargado de gestionar las coordenadas de profundidad de las imágenes en los gráficos 3D.

3. SalidasLos sistemas de conexión más habituales entre la tarjeta gráfica y el dispositivo visualizador (como un monitor o un televisor) son:

SVGA : estándar analógico de losaños 90 diseñado[[http://es.wikipedia.org/wiki/A%C3%B1os_1990|para]] dispositivosCRT, sufre de ruido eléctrico y distorsión por la conversión de digital a analógico y el error de muestreo al evaluar los píxeles a enviar al monitor.

DVI : sustituto del anterior, fue diseñado para obtener la máxima calidad de visualización en las pantallas digitales como losLCD o proyectores. Evita la distorsión y el ruido al corresponder directamente un píxel a representar con uno del monitor en la resolución nativa del mismo.

S-Video : incluido para dar soporte a televisores, reproductores de DVD, vídeos, y videoconsolas.

HDMI : Interfaz multimedia de alta definición- es una norma de audio y vídeo digital cifrado sin compresión apoyada por la industria para que sea el sustituto DRM del euroconector. HDMI provee un interfaz entre cualquier fuente DRM de audio y vídeo digital como podría ser un sintonizador TDT, un reproductor de Blu-ray, un ordenador (con Windows, Linux, etc) o un receptor A/V, y monitor de audio/vídeo digital compatible, como un televisor digital(DTV).

Ventajas de las conexiones DVI frente a VGA:http://www.configurarequipos.com/doc745.html

Que es la conexión HDMI:http://www.configurarequipos.com/doc740.html

4. Dispositivos refrigerantesConjunto de disipador y ventilador. Debido a las cargas de trabajo a las que son sometidas, las tarjetas gráficas alcanzan temperaturas muy altas. Si no es tenido en cuenta, el calor generado puede hacer fallar, bloquear o incluso averiar el dispositivo. Para evitarlo, se incorporan dispositivos refrigerantes que eliminen el calor excesivo de la tarjeta. Se distinguen dos tipos:

Disipador : dispositivo pasivo (sin partes móviles y, por tanto, silencioso); compuesto de material conductor del calor, extrae este de la tarjeta. Su eficiencia va en función de la estructura y la superficie total, por lo que son bastante voluminosos.

Ventilador : dispositivo activo (con partes móviles); aleja el calor emanado de la tarjeta al mover el aire cercano. Es menos eficiente que un disipador y produce ruido al tener partes móviles.

Aunque diferentes, ambos tipos de dispositivo son compatibles entre sí y suelen ser montados juntos en las tarjetas gráficas; un disipador sobre la GPU (el componente que más calor genera en la tarjeta) extrae el calor, y un ventilador sobre él aleja el aire caliente del conjunto.

5. Interfaces con la placa baseA lo largo de la historia ha habido varios sistemas de conexión entre la tarjeta grafica y la placa base:ISA,MCA,EISA VESA ,PCI:

AGP : bus dedicado, de 32 bits como PCI; en 1997 a versión inicial incrementaba la velocidad hasta los 66 MHz. Practicamente obsoleta a día de hoy, solo se venden para equipos antiguos.

PCIe : interfaz serie que desde 2004 empezó a competir contra AGP, llegando a doblar en 2006 el ancho de banda de aquel.

Un simple canal en PCI-Express ofrecerá inicialmente una velocidad de 2,5 Gbits/s en cada dirección. Cada ruta emplea dos pares de hilos (transmisión y recepción), ofreciendo un rendimiento efectivo de 200MBytes/s en cada dirección una vez factorizamos las sobrecargas del protocolo. No obstante, sus creadores afirman que tendrá una escalabilidad límite que permitirá hasta, al menos, 10Gbits/s en cada ruta y por cada dirección.La diferencia más obvia entre PCI-Express y su antecesor es que, mientras PCI emplea una arquitectura en paralelo, su sucesor utiliza una arquitectura serie punto a punto o conmutada. Una ventaja del bus Serie frente al Paralelo es el alto ancho de banda que se puede conseguir

con un número mucho menor de señales. Dichas conexiones no llegan a situaciones llamadas "delay skew", donde los bits en paralelo llegan en distintos instantes de tiempo y han de ser sincronizados. Además, son más baratas de implementar.

Práctica 2 Tarjetas Gráficas

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Las revistas de informática ofrecen mucha información actualizada sobre hardware dentro de sus artículos. Esa información no aparece generalmente ante nosotros de forma esquematizada y ordenada, como en un libro de texto, o en unos apuntes.Para estudiar la información proporcionada por las revistas, podemos cambiarla de formato, es decir, extraer los datos importantes y darles un orden para convertirlos en "apuntes".

Lee los artículos que te he dado en clase y elabora un resumen de ellos en los que queden contestadas las siguientes cuestiones:

1. ¿Qué significa que una tarjeta gráfica produzca 30 fps?2. ¿En qué se diferencia básicamente una CPU de una GPU?3. ¿Cómo influye el tamaño de la pantalla y su resolución en el funcionamiento de la tarjeta

gráfica?4. ¿Qué es Direct X 10?5. ¿Qué parte de los cálculos necesarios en un videojuego se realiza en la CPU del PC y qué

parte en la GPU de la tarjeta gráfica?6. ¿Por qué tienen las nuevas tarjetas gráficas conectores extra para alimentación?7. ¿Qué esl SLI y el CrossFire?8. En definitiva, ¿de qué depende el rendimiento de la tarjeta gráfica en un determinado

videojuego

RESPUESTAS GIL

1)¿Qué significa que una tarjeta gráfica produzca 30 fps?Que produce en 1 segundo una sucesión de 30 imágenes ,que compondrán una animación.

2)¿En qué se diferencia básicamente una CPU de una GPU?Una GPU es un procesador dedicado exclusivamente al procesamiento de gráficos, para aligerar la carga de trabajo del procesador central en aplicaciones como los videojuegos y aplicaciones 3D interactivas. Están pensadas para desarrollar una sola tarea, y otra de sus diferencias se encuentra en su arquitectura.

3)¿Cómo influye el tamaño de la pantalla y su resolución en el funcionamiento de la tarjeta gráfica?La cantidad de memoria determina la combinación de la resolución con número de colores.Una gráfica con poca memoria no tendría buen funcionamiento sobre una pantalla muy grande.

4)¿Qué es Direct X 10?Es un conjunto de herramientas de software realizado por Microsoft que permite a los programas comunicarse directamente con el hardware multimedia.

5)¿Qué parte de los cálculos necesarios en un videojuego se realiza en la CPU del PC y qué parte en la GPU de la tarjeta gráfica?

 El triángulo está formado por la unidad central de procesamiento (CPU), la unidad de procesamiento de gráficos (GPU) y la unidad de procesamiento de física (PPU), que trabajan de forma conjunta para equilibrar las amplias demandas informáticas de la lógica, los gráficos y la física de los juegos.Dentro de este triángulo equilátero, la CPU "piensa y orquesta" para impulsar la inteligencia artificial (AI) y la lógica de los juegos, y la GPU de uso general "representa y visualiza" para ofrecer imágenes en 3D, iluminación en las escenas y efectos visuales no interactivos. El tercer lado del triángulo, la unidad de procesamiento AGEIA PhysX (PPU), "mueve e interactúa" para elevar el nivel de los juegos mediante el movimiento y la interacción dinámicos de todos los objetos

6)¿Por qué tienen las nuevas tarjetas gráficas conectores extra para alimentación?

Porque requieren mas potencia que anteriormente, y necesitan una alimentación adicional.

7)¿Qué es SLI y el CrossFire?Son una tecnología que permiten la conexión en paralelo de las tarjetas gráficas, cada empresa tiene un estándar de de conexión, Crossfire es el nombre dado al sistema de doble GPU de ATI/AMD , SLI de nVIDIA.

8)En definitiva, ¿de qué depende el rendimiento de la tarjeta gráfica en un determinado videojuegoDe la coordinación de trabajo entre la GPU de la gráfica y la CPU del pc, ya que una gráfica potente con un procesador lento no tendría el resultado obtenido. también influye mucho la RAM del ordenador.

Respuestas de MÁXIMOLee los artículos que te he dado en clase y elabora un resumen de ellos en los que queden contestadas las siguientes cuestiones:

¿Qué significa que una tarjeta gráfica produzca 30 fps?Que la tarjeta gráfica sea capaz de proyectar en el monitor al menos 30 fps (cuadros por segundo), son 30 fotogramas por segundo en la pantalla de esta manera se consigue mayor

realismo y de la sensación de movimiento fluido, similar al de las películas de hace 10 años y

¿En qué se diferencia básicamente una CPU de una GPU?La GPU es un procesador creado con el objetivo de procesar exclusivamente las instrucciones y cálculos destinados a imágenesLa CPU es el procesador central encargado de procesar todas las instrucciones de todo el PC

¿Cómo influye el tamaño de la pantalla y su resolución en el funcionamiento de la tarjeta gráfica?Si tenemos un monitor LCD o TFT de medianas dimensiones pero que en un futuro queramos cambiarla por otra de dimensiones mucho mayores es necesario prever esto de manera que adquiramos una tarjeta gráfica que supla esta necesidad de ante mano

¿Qué es Direct X 10?Son algo así como Librerías gráficas utilizadas en su mayoría para los videojuegos.Sobre todo añadirían más realismo, nubes volumétricas, gestión de la luz y/o sombras, texturas físicas, etc. Son diversos aspectos de los videojuegos actuales que se ven claramente mejorados.

¿Qué parte de los cálculos necesarios en un videojuego se realiza en la CPU del PC y qué parte en la GPU de la tarjeta gráfica?CPU es el cerebro del ordenador y es éste el que realiza los cálculos necesarios y el que dirige la orquesta de todos los componentes y decide cuando trabaja uno u otro o varios a la vez. Entre estos el procesado de imágenes.

La GPU es el cerebro de la tarjeta gráfica (procesador) básicamente se dedica a procesar los extras adicionales a las imágenes como son los detalles desde el más básico hasta el más complejo.SuperficieVolúmenesTexturasIluminación, etc.

¿Por qué tienen las nuevas tarjetas gráficas conectores extra para alimentación?Debido a que estas tarjetas llevan implementado un procesador, un ventilador esto conlleva al incremento de la temperatura y por ende el consumo de energía por parte de la tarjeta gráfica.Aunque esta ya recibe alimentación por los conectores de la tarjeta a la placa base esta es insuficiente.

¿Qué es el SLI y el CrossFire?Estas son dos tecnologías debido a que los fabrican INTEL y AMD su arquitectura se basa en colocar dos tarjetas en paralelo solo se diferencian el sistema o tipo de conexionado usado por cada fabricante Crossfire usado por AMD. y SLI. usado por nVIDIA.

En definitiva, ¿de qué depende el rendimiento de la tarjeta gráfica en un determinado videojuego?

Depende del hardware que sea óptimo para el trabajo que se quiera realizar la CPU y la GPU deben ser suficientemente competitivasDepende también de la tarjeta DIRECT X 10 que mejorará sustancial mente las imágenes gráficas en la pantalla

Depende del sistema de refrigeración y/o ventilación del PC y en la tarjeta, para que no se dé el caso de un descenso del rendimientoDepende también de la compatibilidad del software del equipo (PC) y del juego