Características del procesador de computadora

Aquí tienes las características importantes de los procesadores:

La característica definitoria principal de un procesador es su marca, AMD o Intel, y su modelo. Aunque los modelos de la competencia de ambas compañías tienen características y rendimiento similares, no puedes instalar un procesador AMD en una placa madre compatible con Intel, ni viceversa.

Otra característica definitoria de un procesador es el zócalo para el cual está diseñado. Si estás sustituyendo el procesador en una placa madre con zócalo 478, por ejemplo, debes elegir un procesador de sustitución diseñado para encajar en ese zócalo. La Tabla 5-1 describe los problemas de capacidad de actualización según el zócalo del procesador.

Tabla 5-1: Capacidad de actualización según el tipo de zócalo del procesador

La velocidad de reloj de un procesador, especificada en megahercios (MHz) o gigahercios (GHz), determina su rendimiento, pero las velocidades de reloj no tienen sentido cuando se comparan líneas de procesadores diferentes. Por ejemplo, un Pentium 4 con núcleo Prescott de 3.2 GHz es aproximadamente un 6.7 % más rápido que un Pentium 4 con núcleo Prescott de 3.0 GHz, como sugerirían las velocidades de reloj relativas. Sin embargo, un procesador Celeron de 3.0 GHz es más lento que un Pentium 4 de 2.8 GHz, principalmente porque el Celeron tiene una memoria caché L2 más pequeña y utiliza una velocidad de bus de host más lenta. De manera similar, cuando se introdujo el Pentium 4 a 1.3 GHz, su rendimiento era en realidad inferior al del procesador Pentium III de 1 GHz al que pretendía reemplazar. Esto se debía a que la arquitectura del Pentium 4 es menos eficiente reloj por reloj que la arquitectura anterior del Pentium III.

La velocidad de reloj no sirve para comparar procesadores AMD e Intel. Los procesadores AMD funcionan a velocidades de reloj mucho más bajas que los procesadores Intel, pero realizan aproximadamente un 50 % más de trabajo por cada ciclo de reloj. En términos generales, un AMD Athlon 64 funcionando a 2.0 GHz tiene aproximadamente el mismo rendimiento general que un Intel Pentium 4 funcionando a 3.0 GHz.

'''NÚMEROS DE MODELO VERSUS VELOCIDADES DE RELOJ'''

Debido a que AMD siempre está en desventaja de velocidad de reloj frente a Intel, AMD utiliza números de modelo en lugar de velocidades de reloj para designar sus procesadores. Por ejemplo, un procesador AMD Athlon 64 que funciona a 2.0 GHz puede tener el número de modelo 3000+, lo que indica que el procesador tiene aproximadamente el mismo rendimiento que un modelo Intel de 3.0 GHz. (AMD niega rotundamente que sus números de modelo pretendan compararse con las velocidades de reloj de Intel, pero los observadores expertos ignoran esas negativas).

Intel solía utilizar designaciones de letras para diferenciar entre procesadores que funcionaban a la misma velocidad, pero con una velocidad de bus de host, núcleo u otras características diferentes. Por ejemplo, los procesadores Pentium 4 con núcleo Northwood de 2.8 GHz se fabricaron en tres variantes: el Pentium 4/2.8 usaba un FSB de 400 MHz, el Pentium 4/2.8B un FSB de 533 MHz y el Pentium 4/2.8C un FSB de 800 MHz. Cuando Intel introdujo un Pentium 4 de 2.8 GHz basado en su nuevo núcleo Prescott, lo designó como Pentium 4/2.8E.

Curiosamente, Intel también ha abandonado la velocidad de reloj como designador. Con la excepción de algunos modelos antiguos, todos los procesadores Intel ahora se designan también por número de modelo. A diferencia de AMD, cuyos números de modelo conservan un vestigio de la velocidad de reloj, los números de modelo de Intel están completamente disociados de las velocidades de reloj. Por ejemplo, el Pentium 4 540 designa un modelo de procesador específico que funciona a 3.2 GHz. Los modelos de ese procesador que funcionan a 3.4, 3.6 y 3.8 GHz se designan 550, 560 y 570 respectivamente.

La velocidad de bus de host, también llamada velocidad de bus frontal, velocidad FSB o simplemente FSB, especifica la tasa de transferencia de datos entre el procesador y el conjunto de chips. Una velocidad de bus de host más rápida contribuye a un mayor rendimiento del procesador, incluso para procesadores que funcionan a la misma velocidad de reloj. AMD e Intel implementan la ruta entre la memoria y la caché de manera diferente, pero esencialmente el FSB es un número que refleja la cantidad máxima posible de transferencias de bloques de datos por segundo. Dada una velocidad de reloj de bus de host real de 100 MHz, si los datos pueden transferirse cuatro veces por ciclo de reloj (es decir, "cuádruple bombeo"), la velocidad FSB efectiva es de 400 MHz.

Por ejemplo, Intel ha producido procesadores Pentium 4 que utilizan velocidades de bus de host de 400, 533, 800 o 1066 MHz. Un Pentium 4 de 2.8 GHz con una velocidad de bus de host de 800 MHz es marginalmente más rápido que un Pentium 4/2.8 con una velocidad de bus de host de 533 MHz, que a su vez es marginalmente más rápido que un Pentium 4/2.8 con una velocidad de bus de host de 400 MHz. Una medida que Intel utiliza para diferenciar sus procesadores Celeron de menor precio es una velocidad de bus de host reducida en relación con los modelos actuales de Pentium 4. Los modelos Celeron utilizan velocidades de bus de host de 400 MHz y 533 MHz.

Todos los procesadores AMD de zócalo 754 y zócalo 939 utilizan una velocidad de bus de host de 800 MHz. (En realidad, al igual que Intel, AMD ejecuta el bus de host a 200 MHz, pero lo bombea cuádruplemente a una velocidad de bus de host efectiva de 800 MHz). Los procesadores Sempron de zócalo A utilizan un bus de host de 166 MHz, bombeado al doble para una velocidad de bus de host efectiva de 333 MHz.

Los procesadores utilizan dos tipos de memoria caché para mejorar el rendimiento al almacenar transferencias entre el procesador y la memoria principal relativamente lenta. El tamaño de la caché de nivel 1 (caché L1) es una característica de la arquitectura del procesador que no se puede cambiar sin rediseñar el procesador. Sin embargo, la caché de nivel 2 (caché L2) es externa al núcleo del procesador, lo que significa que los fabricantes de procesadores pueden producir el mismo procesador con diferentes tamaños de caché L2. Por ejemplo, varios modelos de procesadores Pentium 4 están disponibles con 512 KB, 1 MB o 2 MB de caché L2, y varios modelos AMD Sempron están disponibles con 128 KB, 256 KB o 512 KB de caché L2.

Para algunas aplicaciones, particularmente aquellas que operan con conjuntos de datos pequeños, una caché L2 más grande aumenta notablemente el rendimiento del procesador, especialmente para los modelos Intel. (Los procesadores AMD tienen un controlador de memoria integrado, que hasta cierto punto enmascara los beneficios de una caché L2 más grande). Para las aplicaciones que operan con grandes conjuntos de datos, una caché L2 más grande proporciona solo un beneficio marginal.

'''Prescott, la triste excepción'''

Fue un shock para todos, y no menos para Intel, saber cuando migró sus procesadores Pentium 4 del núcleo Northwood de 130 nm más antiguo al núcleo Prescott de 90 nm más nuevo que el consumo de energía y la producción de calor se dispararon. Esto ocurrió porque Prescott no fue una simple reducción del tamaño de la matriz (die shrink) de Northwood. En cambio, Intel rediseñó completamente el núcleo Northwood, añadiendo características como SSE3 y haciendo cambios enormes en la arquitectura básica. (En ese momento, pensamos que esos cambios eran suficientes para merecer nombrar al procesador con núcleo Prescott como Pentium 5, lo cual Intel no hizo). Desafortunadamente, esos cambios drásticos en la arquitectura resultaron en aumentos igualmente drásticos en el consumo de energía y la producción de calor, superando el beneficio esperado por la reducción en el tamaño del proceso.

El tamaño de proceso, también llamado tamaño de fabricación, se especifica en nanómetros (nm) y define el tamaño de los elementos individuales más pequeños en una matriz de procesador. AMD e Intel intentan continuamente reducir el tamaño del proceso (llamado reducción de la matriz) para obtener más procesadores de cada oblea de silicio, reduciendo así sus costos para producir cada procesador. Los procesadores Pentium II y los primeros Athlon utilizaban un proceso de 350 o 250 nm. Los procesadores Pentium III y algunos Athlon utilizaban un proceso de 180 nm. Los procesadores AMD e Intel recientes utilizan un proceso de 130 o 90 nm, y los próximos procesadores utilizarán un proceso de 65 nm.

El tamaño de proceso importa porque, en igualdad de condiciones, un procesador que utiliza un tamaño de proceso más pequeño puede funcionar más rápido, usar un voltaje más bajo, consumir menos energía y producir menos calor. Los procesadores disponibles en cualquier momento dado a menudo utilizan diferentes tamaños de fabricación. Por ejemplo, en un momento dado, Intel vendió procesadores Pentium 4 que utilizaban tamaños de proceso de 180, 130 y 90 nm, y AMD ha vendido simultáneamente procesadores Athlon que utilizaban tamaños de fabricación de 250, 180 y 130 nm. Cuando elijas un procesador de actualización, da preferencia a un procesador con un tamaño de fabricación más pequeño.

Diferentes modelos de procesador admiten diferentes conjuntos de características, algunas de las cuales pueden ser importantes para ti y otras irrelevantes. Aquí hay cinco características potencialmente importantes que están disponibles con algunos, pero no todos, los procesadores actuales. Todas estas características son compatibles con las versiones recientes de Windows y Linux:

SSE3 (Streaming Single-Instruction-Multiple-Data (SIMD) Extensions 3), desarrollado por Intel y ahora disponible en la mayoría de los procesadores Intel y algunos procesadores AMD, es un conjunto de instrucciones extendido diseñado para acelerar el procesamiento de ciertos tipos de datos que se encuentran comúnmente en el procesamiento de video y otras aplicaciones multimedia. Una aplicación que admita SSE3 puede ejecutarse entre un 10 % o 15 % y un 100 % más rápido en un procesador que también admita SSE3 que en uno que no lo haga.

Hasta hace poco, todos los procesadores de PC funcionaban con rutas de datos internas de 32 bits. En 2004, AMD introdujo el soporte de 64 bits con sus procesadores Athlon 64. Oficialmente, AMD llama a esta característica x86-64, pero la mayoría de la gente lo llama AMD64. Fundamentalmente, los procesadores AMD64 son compatibles con versiones anteriores de software de 32 bits y ejecutan ese software con la misma eficiencia con la que ejecutan software de 64 bits. Intel, que había estado defendiendo su propia arquitectura de 64 bits, que tenía una compatibilidad limitada de 32 bits, se vio obligado a introducir su propia versión de x86-64, a la que llama EM64T (Extended Memory 64-bit Technology). Por ahora, el soporte de 64 bits no es importante para la mayoría de las personas. Microsoft ofrece una versión de 64 bits de Windows XP y la mayoría de las distribuciones de Linux admiten procesadores de 64 bits, pero hasta que las aplicaciones de 64 bits se vuelvan más comunes, hay poco beneficio en el mundo real de ejecutar un procesador de 64 bits en una computadora de escritorio. Eso podría cambiar cuando Microsoft (finalmente) distribuya Windows Vista, que aprovechará el soporte de 64 bits y probablemente generará muchas aplicaciones de 64 bits.

Con el Athlon 64, AMD introdujo la tecnología NX (No eXecute), e Intel le siguió pronto con su tecnología XDB (eXecute Disable Bit). NX y XDB sirven para el mismo propósito, permitiendo al procesador determinar qué rangos de direcciones de memoria son ejecutables y cuáles son no ejecutables. Si un código, como una explotación de desbordamiento de búfer, intenta ejecutarse en un espacio de memoria no ejecutable, el procesador devuelve un código de error al sistema operativo. NX y XDB tienen un gran potencial para reducir el daño causado por virus, gusanos, troyanos y exploits similares, pero requieren un sistema operativo que admita la ejecución protegida, como Windows XP con Service Pack 2.

AMD e Intel ofrecen tecnología de reducción de energía en algunos de sus modelos de procesador. En ambos casos, la tecnología utilizada en los procesadores móviles se ha migrado a los procesadores de escritorio, cuyo consumo de energía y producción de calor se han vuelto problemáticos. Esencialmente, estas tecnologías funcionan reduciendo la velocidad del procesador (y por lo tanto el consumo de energía y la producción de calor) cuando el procesador está inactivo o tiene poca carga. Intel se refiere a su tecnología de reducción de energía como EIST (Enhanced Intel Speedstep Technology). La versión de AMD se llama Cool'n'Quiet. Cualquiera puede realizar reducciones pequeñas pero útiles en el consumo de energía, la producción de calor y el nivel de ruido del sistema.

Para 2005, tanto AMD como Intel estaban alcanzando los límites prácticos de lo que era posible con un solo núcleo de procesador. La solución obvia era poner dos núcleos de procesador en un paquete de procesador. Nuevamente, AMD lideró el camino con sus elegantes procesadores de la serie Athlon 64 X2, que cuentan con dos núcleos Athlon 64 estrechamente integrados en un solo chip. Una vez más, forzado a ponerse al día, Intel apretó los dientes y unió un procesador de dos-núcleos al que llama Pentium D. La solución de ingeniería de AMD tiene varios beneficios, incluido un alto rendimiento y compatibilidad con casi cualquier placa madre antigua con zócalo 939. La solución apresurada de Intel, que básicamente consistía en pegar dos núcleos Pentium 4 en un solo chip sin integrarlos, dio lugar a dos compromisos. Primero, los procesadores de dos-núcleos de Intel no son compatibles con versiones anteriores de placas madres, por lo que requieren un nuevo conjunto de chips y una nueva serie de placas madres. Segundo, debido a que Intel más o menos simplemente pegó dos de sus núcleos existentes en un solo paquete de procesador, el consumo de energía y la producción de calor son extremadamente altos, lo que significa que Intel tuvo que reducir la velocidad de reloj de los procesadores Pentium D en relación con los modelos Pentium 4 de un solo núcleo más rápidos.

Dicho todo esto, el Athlon 64 X2 no es de ninguna manera un ganador absoluto, porque Intel fue lo suficientemente inteligente como para fijar el precio del Pentium D de manera atractiva. Los procesadores Athlon X2 menos costosos se venden por más del doble que los procesadores Pentium D menos costosos. Aunque los precios indudablemente caerán, no esperamos que el diferencial de precios cambie mucho. Intel tiene capacidad de producción de sobra, mientras que AMD está muy limitada en su capacidad para fabricar procesadores, por lo que es probable que los procesadores de dos-núcleos de AMD tengan un precio superior en el futuro previsible. Desafortunadamente, eso significa que los procesadores de dos-núcleos no son una opción de actualización razonable para la mayoría de las personas. Los procesadores de dos-núcleos de Intel tienen un precio razonable pero requieren la sustitución de la placa madre. Los procesadores de dos-núcleos de AMD pueden utilizar una placa madre con zócalo 939 existente, pero los procesadores en sí son demasiado caros para ser candidatos viables para la mayoría de los usuarios que realizan actualizaciones.

'''HYPER-THREADING VERSUS DOS-NÚCLEOS'''

Algunos procesadores Intel admiten la ''tecnología Hyper-Threading (HTT)'', que permite a esos procesadores ejecutar dos hilos de programa simultáneamente. Los programas que están diseñados para usar HTT pueden ejecutarse entre un 10 % y un 30 % más rápido en un procesador habilitado para HTT que en un modelo similar sin HTT. (También es cierto que algunos programas se ejecutan más lentamente con HTT habilitado que con él deshabilitado). No confundas HTT con el procesador de dos-núcleos. Un procesador HTT tiene un núcleo que a veces puede ejecutar múltiples hilos; un procesador de dos-núcleos tiene dos núcleos, que siempre pueden ejecutar múltiples hilos.

El núcleo del procesador define la arquitectura básica del procesador. Un procesador vendido bajo un nombre en particular puede utilizar cualquiera de varios núcleos. Por ejemplo, los primeros procesadores Intel Pentium 4 utilizaban el núcleo Willamette. Las variantes posteriores de Pentium 4 han utilizado el núcleo Northwood, núcleo Prescott, núcleo Gallatin, núcleo Prestonia y núcleo Prescott 2M. De manera similar, se han producido varios modelos de Athlon 64 utilizando el núcleo Clawhammer, núcleo Sledgehammer, núcleo Newcastle, núcleo Winchester, núcleo Venice, núcleo San Diego, núcleo Manchester y núcleo Toledo.

Usar un nombre de núcleo es una forma abreviada y conveniente de especificar numerosas características del procesador de manera breve. Por ejemplo, el núcleo Clawhammer utiliza el proceso de 130 nm, una caché L2 de 1,024 KB y admite las características NX y X86-64, pero no SSE3 ni la operación de dos-núcleos. Por el contrario, el núcleo Manchester utiliza el proceso de 90 nm, una caché L2 de 512 KB y admite las características SSE3, X86-64, NX y de dos-núcleos.

Puedes pensar en el nombre del núcleo del procesador como algo similar al número de versión principal de un programa de software. Al igual que las empresas de software lanzan frecuentemente actualizaciones menores sin cambiar el número de versión principal, AMD e Intel hacen actualizaciones menores frecuentemente en sus núcleos sin cambiar el nombre del núcleo. Estos cambios menores se denominan escalonamientos de núcleo. Es importante entender los conceptos básicos de los nombres de núcleo, porque el núcleo que utiliza un procesador puede determinar su compatibilidad con tu placa madre. Los escalonamientos suelen ser menos significativos, aunque también vale la pena prestarles atención. Por ejemplo, un núcleo en particular puede estar disponible en escalonamientos B2 y C0. El escalonamiento C0 posterior puede tener correcciones de errores, funcionar a menor temperatura o proporcionar otros beneficios en relación con el escalonamiento anterior. El escalonamiento de núcleo también es crítico si instalas un segundo procesador en una placa madre de procesador dual. (Es decir, una placa madre con dos zócalos de procesador, a diferencia de un procesador de dos-núcleos en una placa madre de un solo zócalo). Nunca, bajo ninguna circunstancia, mezcles núcleos o escalonamientos en una placa madre de procesador dual; ese es el camino a la locura (o quizás solo al desastre).

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