Una breve introducción a los chips

Foto tomada de internet.
29 octubre 2024 5:56 pm

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¿Qué es un chip? Un chip es una oblea de silicio que contiene circuitos integrados, que son muy pequeños y suelen formar parte de ordenadores u otros dispositivos. El término en inglés para un chip es «coreplate». Los chips (o «chip») son un término general para los productos semiconductores. Sirven como portadores de circuitos integrados (CI) y se fabrican cortando obleas de silicio. Un chip de silicio es una pequeña pieza de silicio que contiene circuitos integrados y forma parte de ordenadores u otros dispositivos electrónicos.

En esencia, un chip es una placa de circuito integrado, también conocida como CI. La entidad física de un circuito integrado suele existir en forma de chip, que depende de él para funcionar. Es la parte más importante de los dispositivos electrónicos, responsable de realizar cálculos, procesar tareas y controlar el almacenamiento. Los ordenadores, los teléfonos inteligentes, los televisores y varios productos electrónicos inteligentes dependen de chips.

Así como un motor es fundamental para el rendimiento de un carro, la CPU (unidad central de procesamiento) de un computador también es un chip que sirve como núcleo de cálculo y control para un computador.

Cuando ves a alguien jugando videojuegos sin problemas mientras tu computador se bloquea y te dan ganas de destrozarlo, suele deberse a que la CPU de tu computador es «de gama baja». La velocidad de un smartphone también depende de su CPU; en promedio, la gente reemplaza sus teléfonos cada dos años para disfrutar de un rendimiento más rápido.

Para entender los chips, es fundamental conocer sus tipos: los chips se pueden dividir en dos categorías principales: chips tradicionales y chips inteligentes. Los chips tradicionales incluyen CPU, GPU, DSP y FPGA. Los chips inteligentes se clasifican en chips inteligentes de uso general y circuitos integrados de aplicación específica (ASIC).

Definiciones de las clasificaciones de chips:

1. ¿Qué es una CPU?

La CPU, o unidad central de procesamiento, es un circuito integrado a gran escala que sirve como núcleo (Core) y unidad de control (Control Unit) de una computadora. Su función principal es interpretar las instrucciones de la computadora y procesar los datos dentro del software de la computadora. El estado de la CPU es análogo a su nombre como procesador central. Cuando operamos software o documentos usando un mouse, teclado o pantalla táctil, la CPU coordina los diversos componentes para realizar tareas. Por ejemplo, cuando reproducimos un video, al recibir el comando de reproducción, la CPU le indicará al decodificador del software de reproducción que analice el video, ordene a los parlantes que produzcan sonido y muestre la película en la pantalla, entre otras tareas.

La CPU emite comandos y otros componentes funcionan como trabajadores que siguen órdenes. Sin embargo, una computadora recién ensamblada no puede ejecutarse directamente; requiere un sistema operativo y varios software de controlador para permitir que la CPU ejerza plenamente sus funciones de control, distribuyendo las tareas de visualización al monitor, las tareas de reproducción a los parlantes y las tareas de impresión a la impresora. Esta coordinación depende del software del controlador y de la CPU.

2. ¿Qué es una GPU?

La GPU, o unidad de procesamiento gráfico, también conocida como núcleo de pantalla o procesador visual, es un microprocesador especializado para el cálculo de imágenes en computadoras personales, estaciones de trabajo, consolas de juegos y algunos dispositivos móviles (como tabletas y teléfonos inteligentes). Su propósito es convertir la información de pantalla requerida por el sistema informático, controlar la pantalla y proporcionar señales de escaneo para garantizar que el monitor se muestre correctamente. La GPU es un componente esencial que conecta el monitor y la placa base de la computadora personal, y desempeña un papel importante en la «interacción hombre-computadora». Para los profesionales del diseño gráfico, una buena GPU es fundamental.

3. ¿Qué es DSP?

DSP, o procesamiento de señal digital, se refiere a la tecnología para procesar señales digitales. Un chip DSP es uno que puede realizar el procesamiento de señales digitales. Los chips DSP cuentan con una arquitectura Harvard que separa los programas y los datos, incluyen multiplicadores de hardware dedicados y emplean ampliamente la canalización para proporcionar instrucciones DSP especializadas, lo que permite la implementación rápida de varios algoritmos de procesamiento de señales digitales.

4. ¿Qué es un FPGA?

El FPGA, o matriz de puertas programables en campo, es un producto que ha evolucionado a partir de dispositivos programables como PAL, GAL y CPLD. Sirve como un circuito semipersonalizado en el dominio de los circuitos integrados específicos de la aplicación (ASIC), abordando las deficiencias de los circuitos personalizados y superando las limitaciones de los dispositivos programables tradicionales con respecto a la cantidad de puertas.

Un FPGA consta de tres partes principales: bloques lógicos configurables (CLB), bloques de entrada/salida (IOB) e interconexiones internas. A diferencia de los dispositivos programables tradicionales, los FPGA utilizan un concepto de matriz de celdas lógicas (LCA), que incluye módulos lógicos configurables, módulos de E/S y cableado interno. Los FPGA son dispositivos programables y, en comparación con los circuitos lógicos convencionales y las matrices de puertas (como los dispositivos PAL, GAL y CPLD), tienen una estructura diferente. Los FPGA implementan la lógica combinacional mediante pequeñas tablas de búsqueda (16×1 RAM), cada una de las cuales está conectada a la entrada de un flip-flop D, que luego acciona otros circuitos lógicos o E/S, formando así módulos de unidad lógica básica que pueden realizar funciones lógicas combinacionales y secuenciales. Estos módulos están interconectados mediante cableado metálico o vinculados a módulos de E/S.

La lógica en un FPGA se realiza cargando datos de programación en unidades de almacenamiento estático interno. Los valores almacenados en estas unidades determinan las funciones lógicas de las unidades lógicas y los métodos de conexión entre módulos o entre módulos y E/S, definiendo en última instancia las funciones que el FPGA puede lograr. Los FPGA permiten una programación ilimitada.

5. Circuito integrado específico de la aplicación (ASIC)

ASIC es la abreviatura de circuito integrado específico de la aplicación, que se considera en el campo de los circuitos integrados como un circuito diseñado para fines específicos. Los chips ASIC son circuitos integrados diseñados para aplicaciones dedicadas, que proporcionan una excelente base material para matrices de conmutación, ya que su rendimiento de reenvío puede alcanzar 1 Gbps o incluso más.

6. Chips inteligentes de uso general

Los chips de uso general son chips de circuitos integrados comunes, como el chip de memoria de protocolo de enlace serial de dos cables AT24C01 de la empresa estadounidense ATMEL. Este chip se suministra en dos formas: una se empaqueta como un circuito integrado para uso directo por parte de los usuarios finales y la otra se proporciona como chips desnudos para que los fabricantes de tarjetas IC los empaqueten en tarjetas IC.

Los chips desnudos generalmente carecen de diseños de seguridad y no cumplen por completo los estándares internacionales actuales para tarjetas IC, pero su simplicidad de desarrollo y bajo costo los hacen adecuados para las primeras aplicaciones de tarjetas IC con requisitos de seguridad más bajos.

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