Arquitectura de la PC

1. ARQUITECTURA DEL
COMPUTADOR

2. 64 bits vs 32 bits
■ Cuando tienes que instalar un sistema operativo o comprar un
procesador, siempre surge la misma duda: ¿lo quieres de 32 o
de 64 bits?
■ Al instalar un sistema operativo tienes la opción de usar la
versión de 32 o de 64 bits.
■ Al comprar un CPU de ordenador o un smartphone, descubres
que existen procesadores de 32 y 64 bits.

3. El ADN de la informática
■ En informática muchos conceptos están asociados a los bits,
porque los bits son, y por tanto todo gira en torno a ellos.
■ Un bit es la unidad mínima de información porque sólo puede
tener dos valores, 0 o 1. Se usa para describir el estado de
encendido o apagado de los transistores que forman los chips, o
también cuando pasa o no corriente eléctrica.
■ Como un bit sólo tiene dos valores, el lenguaje de los ordenadores
es el lenguaje binario. Para comunicarnos con ellos tenemos que
convertir nuestras letras y números a una combinación única de
ceros y unos. De esta forma, el número 123, por ejemplo, se
codifica como 01111011, mientras que la letra A en código ASCII
(uno de los métodos usados para codificar) es 01000001.

4. ■ En función del número de letras y números existentes, y otras
cuestiones técnicas, se decidió agrupar los bits de 8 en 8, para
formar un byte. Esta agrupación se utiliza no sólo para codificar,
sino en otros conceptos como el tamaño de los registros (una
especie de cajas de transporte) que mueven los datos de un sitio
a otro dentro de un programa.
■ Por eso ahora tenemos sistemas operativos y procesadores de
32 bits (8 x 4) o de 64 bits (8 x 8), siempre múltiplos de ocho. A
veces también se escribe como 64-bit o x64.

5. La evolución de los procesadores
■ Hemos visto cómo los bits se agrupan no sólo para contar, sino también para
traducir del lenguaje convencional que se usa en programación al lenguaje
binario de los ordenadores. A la hora de diseñar una CPU o procesador, un dato
clave es el tamaño de los registros, empleados para transportar datos entre el
procesador y la memoria, entre otras cosas. El número de bits que pueden
transportar es la base del procesador, y fija límites como la máxima memoria
que puedes usar, o los datos accesibles en un ciclo de reloj de la CPU. Por
ejemplo, un registro de 8 bits permite un máximo de 256 combinaciones, así que
sólo puede acceder a 256 direcciones de memoria, salvo que se utilice más de un
registro al mismo tiempo. Pero un procesador tiene un número de registros
limitado para diferentes tareas, así que sólo puede usar uno o dos para acceder a
memoria.

6. ■ El primer procesador de 32 bits, el 80386, se comercializó en 1986. Los de 64
bits se popularizaron con la CPU DEC Alpha, en 1992. Todos los procesadores
de PC fabricados en los últimos 10 años son de 64 bits así que seguramente será
el que tengas, salvo que tu ordenador sea muy antiguo.
■ El uso de procesadores de 64 bits en los smartphone es más reciente. Se
estrenaron con el iPhone 5S y su procesador A7, en 2013. Los principales
fabricantes como Qualcomm o Samsung también disponen de procesadores
móviles de 64 bits.

7. ¿Cuál Arquitectura Seleccionar?
■ Los procesadores de 32 bits son más baratos y consumen menos, pero
también suelen ser menos potentes.
■ Los procesadores de 32 bits sólo pueden direccionar 4 GB de memoria.
No pueden usar más de 4 GB de RAM directamente y en muchos casos
no pueden manejar ficheros de más de 4 GB.
■ Los procesadores de 64 bits disponen de instrucciones específicas de 64
bits. Ejecutan los programas más rápido si el software está diseñado para
usar código de 64 bits.
■ En el entorno móvil, los CPU’s de 64 bits pueden manejar más
eficientemente la encriptación y gestionan mejor la batería.

8. Software vs. hardware
■ Un procesador de 64 bits teóricamente es más potente y versátil que uno de 32 bits.
Pero en la práctica sólo habrá diferencias si el software aprovecha sus ventajas. Por
tanto, si hemos adquirido un procesador de 64 bits, ya sea en el ordenador o el
smartphone, para sacarle provecho debemos asegurarnos de que tanto el sistema
operativo como las aplicaciones que utilizamos, son de 64 bits.
■ Cuando compras un smartphone ya viene con la versión de 64 bits de Android o iOS. En
el caso de un ordenador, debes asegurarte de que instalas la versión de Linux o
Windows correcta. La versión de Windows 10 siempre incluye las versiones de 32 y 64
bits,.
■ Un procesador de 64 bits puede funcionar con un sistema operativo o software de
32 bits, pero no aprovechará todas sus funciones. Si tienes Windows, para ver qué
versión posees sólo debes ir al Panel de Control, y entrar en Sistema.

9. Las Aplicaciones (Programas)
■ También debes tener en cuenta las Aplicaciones . Si el procesador y el sistema
operativos son del 64 bits, no servirá de mucho si sigues usando aplicaciones
de 32 bits. Por compatibilidad la mayoría de los programas aún son de 32 bits, o
sólo ofrecen una única versión que instala unas u otras librerías
automáticamente. Pero cada vez más software se ofrece en versión de 32 o 64
bits, así que debes asegurarte de que instalas la correcta. Aplicaciones que
necesitan mucha memoria como los programas de diseño gráfico, edición de
video, videojuegos, etc. son los que aprovechan mejor el código de 64 bits.
■ Ten en cuenta que un sistema operativo o procesador de 64 bits puede usar
software de 32 bits, pero no al revés: los programas de 64 bits no funcionarán en
un sistema de 32 bits.

10. ■ Windows dispone de carpetas separadas para las instalaciones automáticas de
programas de 32 y 64 bits. En PC las versiones de 32 bits a veces se referencian como
x86, al tratarse de código compatible con la arquitectura original de los PCs, por eso
si entras en el disco duro en donde esta instalado Windows (C:) verás estas carpetas:
■ En Archivos de programa (x86) se instalan las aplicaciones de 32 bits, y en la otra
carpeta, las de 64 bits. No es un simple método para ordenar, pues con cada carpeta
Windows asocia una serie de librerías DLL de 32 o 64 bits.
■ En iOS y MacOS, al ser sistemas cerrados controlados por Apple, desde hace un par
de años todas las aplicaciones son de 64 bits. En Android, si tu smartphone tiene una
versión inferior a Android 5.0 Lollipop aún usa aplicaciones de 32 bits.
Las Aplicaciones (Programas)

11. LA MEMORIA RAM

12. Evolución de las DDR
■ DDR o Double Data Rate es la tecnología actual de las memorias RAM, sucediéndose en 4
generaciones en función de su velocidad y encapsulado. Con ellas se comenzó a utilizar
el encapsulado DIMM disponiendo de no una, sino de dos operaciones de datos
simultáneas en un mismo ciclo de reloj, duplicando así el rendimiento.
■ Las primeras versiones DDR llegaron a dar unas velocidades de trasferencia desde 200
MHz a 400 MHz. Usaban encapsulado DIMM de 182 contactos a 2,5 V. Es importante
diferenciar bien entre frecuencia de bus y frecuencia de trasferencia (E/S), ya que al
trabajar con dos datos a la vez la frecuencia de trasferencia es el doble que la
frecuencia del bus. Por ejemplo: una DDR-400 tiene un bus de 200 MHz y una
trasferencia de 400 MHz.

13. DDR, DDR3 y DDR4
■ Con las DDR2 se doblaron los bits trasferidos en cada operación de 2 a 4 de forma
simultánea, por lo que la frecuencia de transferencia también se duplicó. En
encapsulado DIMM pasó a tener 240 contactos a 1,8V. Las DDR-1200 fueron las
más rápidas, con una frecuencia de reloj de 300 MHz, frecuencia de bus a 600
MHz y velocidad de trasferencia de 1200 MHz.
■ La 3ª y 4ª generación, simplemente han sido mejoras respecto a la anterior,
con menos voltaje y mayor frecuencia al disminuir el tamaño de los transistores.
■ Al subir la frecuencia, también se sube la latencia, aunque ha sido memorias más
rápidas. Las DDR3 mantenían un DIMM de 240 pines a 1,5 V, aunque no
compatible con las DDR2, mientras que las DDR4 subieron a 288 pines a
1,35V llegando actualmente hasta los 4800 o 5000 MHz de transferencia.

14. Tipos de interfaz más utilizados
■ Memoria RAM DIMM (equipos de escritorio)
■ Este tipo de encapsulado se utiliza siempre en las placas base orientadas a
equipos de escritorio. El encapsulado cuenta con 288 contactos para las DDR4 y
240 para las DDR3. En la zona central, escorado a un lado, tenemos un troquel
para asegurar la correcta colocación de la memoria en la ranura vertical disponible
en la placa. Los voltajes de funcionamiento van desde los 1,2 V hasta los 1,45 V
da las máximas frecuencias.

15. ■ Memoria RAM SO-DIMM (equipos portátiles)
■ Esta es la versión compacta del contacto dual anterior. En las versiones actuales
de DDR4 encontramos 260 contactos en ranuras que están colocadas de forma
horizontal en lugar de vertical. Por ello, este tipo de ranuras se utilizando sobre
todo en ordenadores portátiles y también en servidores, con memorias DDR4L y
DDR4U. Estas memorias suelen trabajar a 1,2V para mejorar el consumo respecto
a los equipos de escritorio.
Tipos de interfaz más utilizados

16. ■ Memoria RAM soldadas en placa
■ Los chips de memoria que directamente está soldados en placa , un método
similar a los sockets BGA de los procesadores para portátiles. Este método se
utiliza en equipos especialmente pequeños como HTPC o Smartphones con
memorias de tipo LPDDR4 con consumos de tan solo 1,1 V y frecuencias de 2133
MHz
Tipos de interfaz más utilizados

17. Arquitectura
■ La arquitectura es la forma en la que las memorias se comunican con los
diferentes elementos a los que están conectadas, evidentemente la CPU.
Actualmente tenemos la arquitectura DDR en su versión 4, la cual es capaz
de escribir y leer cuatro celdas de información en dos operaciones
simultáneas en cada ciclo de reloj.
■ El hecho de tener transistores y condensadores más pequeños facilita el
poder trabajar a menores voltajes y mayores velocidades, con un ahorro de
energía de hasta el 40% respecto a las DDR3. También se ha mejorado el
ancho de banda en un 50%, alcanzado velocidades de hasta 5000 MHz.

18. Capacidad
■ Las memorias DDR4 cuentan con transistores más pequeños en el interior de los
bancos de memoria, y, en consecuencia, mayor densidad de celdas. En un mismo
módulo seremos capaces de tener hasta 32 GB actualmente. Mientras mayor
capacidad, más programas podrán estar cargados en la memoria, teniendo que
acceder menos al disco duro.
■ Tanto los procesadores AMD como Intel actuales soportan un máximo de 128
GB limitados por la capacidad de la placa base y sus ranuras.

19. Velocidad
■ Cuando hablamos de velocidad en las memorias actuales debemos diferenciar
tres medidas diferentes.
■ Frecuencia de reloj: que será a la velocidad de refresco de los bancos de memoria.
■ Frecuencia de bus: actualmente es el cuádruple de la frecuencia de reloj, ya que
las DDR4 trabajan con 4 bits en cada ciclo de reloj. Esta velocidad es la que se
refleja en programas como CPU-Z en “DRAM Frequency”.
■ Velocidad de trasferencia: es la velocidad efectiva que alcanza los datos y
transacciones, que en las DDR será el doble por tener un doble bus. Esta medida
le da el nombre a los módulos, por ejemplo PC4-22400 MB/s

20. Latencia
■ La latencia es el tiempo que tarda la memoria RAM en atender una petición
hecha por la CPU. Mientras más frecuencia, más latencia habrá, aunque la
velocidad siempre hará que sean módulos más rápidos a pesar de tener mayor
latencia. Los valores se miden en ciclos de reloj o clocks.
■ Las latencias se representan de la forma X-X-X-XX. Veamos lo que significa cada
número con un ejemplo típico, una DDR4 a 3600 MHz con CL 17-17-17-36:

21. ECC y Non-ECC
■ Estos términos aparecen con frecuencia en las especificaciones de la memoria
RAM y también en la placa base. ECC (Error Correcting Code) o Código de
Corrección de Errores en español, es un sistema por el cual la RAM tiene un bit
extra de información en las trasferencias para detectar errores entre los datos
transferidos de memoria y procesador.
■ Mientras mayor sea la velocidad, más susceptible será un sistema de tener
errores, y por esto existen las memorias ECC y Non-ECC. Sin embargo, nosotros
usaremos siempre en nuestros PC domésticos las de tipo Non-ECC, es decir, sin
corrección de errores. Las otras, están destinadas a equipos como servidores y
ámbito profesional en donde se puedan corregir los bits alterados sin perder datos
en el funcionamiento. Solo los procesadores de la gama Pro de Intel y AMD y los
de servidores admiten memorias ECC.

22. Bus de datos: Dual y Quad Channel
■ La tecnología Dual Channel o Doble Canal lo que permite es el acceso simultáneo
a dos módulos de memoria distintos. En lugar de tener un bus de datos de 64
bits, este se duplica a 128 bits para que a la CPU lleguen mayor cantidad de
instrucciones. Los controladores de memorias integrados en la CPU (puente norte)
disponen de esa capacidad mientras que los módulos estén conectados al DIMM
del mismo color en la placa. De lo contrario trabajarán de forma independiente.