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ESTADO DEL ARTE DE LOS AVANCES EN LOS ULTIMOS AÑOS DE LAS
DIFERENTES ARQUITECTURAS DEL COMPUTADOR.
Ing de Sistemas, Osmar A, Lunar V.
Centro de estudios de Postgrados en Ing. Eléctrica
Cátedra: “ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR”
Resumen
En el área de la computación , principalmente en
la arquitectura de los computadores los avances
que se dan son cada vez mayor para cumplir con
las exigencias de los usuarios tanto en la parte
residencial como en la industria, las exigencias y
la búsqueda de un mejor rendimiento en nuestros
computadores, ha llevado a los diferentes
fabricantes a la constante búsqueda de mejoras de
sus equipos tanto en hardware como en software
de los mismo.
En el siguiente articulo se dará una breve
reseña tratando de tocar algunos puntos
importantes en cuanto a los avances recientes que
hagan referencia a la arquitectura de los
computadores y que están haciendo los diferentes
fabricantes para mejoras el rendimiento de los
equipos que ellos poseen y así llegar a ser
pioneros en sus respectivas ramas. Tocando
tópicos
como
el
paralelismo,
los
supercomputadores, los avances de algunas de las
empresas mas poderosas en el mundo de la
computación como por ejemplo Intel, IBM, entre
otros y que cambios significativos han hechos
estos sobre todo en los últimos 2 años.
1. Introducción
Desde el primer computador (Eniac) el cual fue
presentado al publico en febrero de 1946, hasta
nuestros días el mundo de la computación y de los
microprocesadores ha tenido innumerables
avances y sobre todo buscando mayor
rendimiento de estos a menor costo, por eso en
nuestros tiempos no es necesario tener grande
cantidades de dinero para acceder a un
computador de rendimiento bastantes bueno.
Para
nuestra
época
se
encuentran
proyectos muy ambiciosos como los que tiene la
compañía
norteamericana
(Integrated
Electronics ), o mejor conocida por sus siglas
INTEL el cual se encuentra trabajando en su
nuevo procesador o familia de procesadores I7,
los cuales fueron sacados por primera ves o su
primera producción el año pasado (2008) y cuenta
con un procesador de cuatro núcleos con una
arquitectura intel x86-64, utilizada para el manejo
de direcciones de 64 bits.
Cambien la compañía IBM (International
Business Machines) la cual es conocida como el
gigante azul, es una de las compañías con
mayores avances en el mundo de la computación
y que cuenta con los proyectos de
supercomputadores mas avanzados entre ellos el
proyecto de arquitectura de computadores para la
construcción de supercomputadores BLUE GEN,
el cual desde el inicio de dicho proyecto en 1999
hasta nuestros tiempos han tenido numerosos
avances y contando ahora con uno de los
supercomputadores mas rápidos del mundo y que
fue hasta hace unos años y hasta nuestros días
IBM sigue construyendo los supercomputadores
mas rápidos para nuestros tiempos.
Así pues veremos como los diferentes
fabricantes y diferentes estudios es de los inicios
de las computadoras hasta nuestros días buscan
con las diferentes arquitecturas el mayor
rendimiento posible de sus equipos.
2. Avances de INTEL
Intel es uno de los grandes fabricantes de
microprocesadores de todos los tiempos, desde su
creación a finales de los años 60 comienzo de los
años 70, ha sido unas de las compañías pioneras
en este ámbito.
En los últimos años intel a hecho varios proyectos
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buscando una mejor rendimiento de
microprocesador, por ejemplo el core I7.
sus
Intel Core i7 es una familia de procesadores de
cuatro núcleos de la arquitectura Intel x86-64. Los
Core i7 son los primeros procesadores que usan la
micro arquitectura Nehalem de y es el sucesor de
la familia Intel Core 2 El identificador Core i7 se
aplica a la familia inicial de procesadores con el
nombre clave Bloomfield.
El pseudónimo Core i7 no tiene un
significado concreto, pero continúa con el uso de
la etiqueta Core. Estos procesadores, primero
ensamblados
en
Costa
Rica,
fueron
comercializados el 17 de noviembre de
2008,actualmente es manufacturado en las plantas
de fabricación que posee Intel en Arizona, Nuevo
México y Oregón, aunque la de Oregón se prepara
para la fabricación de la siguiente generación de
procesadores de 32 nm.
Las memorias y placas base aptas para Core i7
serán vendidos antes del lanzamiento por algunos
proveedores. Los procesadores podían ser
reservados en los principales proveedores online.
Intel reveló los precios oficiales el 3 de
noviembre de 2008.Las pruebas de rendimiento
pueden consultarse en diversas páginas web.
FSB es reemplazado por HyperTransport
en otros procesadores).
•
Las placas base deben utilizar un chipset
que soporte QuickPath. De momento solo
esta disponible para placas base de
Asrock, Asus, DFI , EVGA , GigaByte ,
Intel , MSI y XFX.
•
Conexión con memoria: la memoria está
directamente conectada al procesador.
•
Memoria de tres canales: cada canal puede
soportar una o dos memorias DIMM
DDR3.
•
Las placa base compatibles con Core i7
tienen cuatro (3+1) o seis ranuras DIMM
en lugar de dos o cuatro, y las DIMMs
deben ser instaladas en grupos de tres, no
dos.
•
Soporte para DDR3 únicamente.
•
Turbo Boost: La misma permite a los
distintos
núcleos
acelerarse
"inteligentemente" por sí mismos cada 133
MHz por encima de su velocidad oficial,
mientras que los requerimientos térmicos
y eléctricos de la CPU no sobrepasen los
predeterminados.
•
Dispositivo Single-die: Los cuatro
núcleos, el controlador de memoria, y la
cache se encuentran dentro del mismo
encapsulado.
•
HyperThreading reimplementado. Cada
uno de los cuatro núcleos puede procesar
dos tareas simultáneamente, por tanto el
procesador aparece como ocho CPUs
desde el sistema operativo. Esta
característica estaba presente en la antigua
microarquitectura Netburst introducida en
los Pentium 4 HT.
Característica del Intel Core I7
•
•
Nehalem representa el cambio de
arquitectura más grande en la familia de
procesadores Intel x86 desde el Pentium
Pro en 1995. La arquitectura Nehalem
tiene muchas nuevas características. La
primera representa un cambio significativo
desde el Core 2:
FSB es reemplazado por la interfaz
QuickPath (sólo en Intel Core i7, ya que el
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•
8 MB de memoria cache L3 incorporada
(on-die), compartida por todos los
núcleos.
•
Solo una interfaz
concebida
para
multiprocesador.
•
Tecnología de proceso 45 nm.
•
731 millones de transistores.
•
Sofisticada administración de energía,
puede colocar un núcleo no utilizado en
modo sin energía.
•
Capacidad de overclocking muy elevada
(se puede acelerar sin problemas hasta los
4-4,1 GHz).
QuickPath: No
placas
base
Los modelos Core i7 920, 940 y 965
Extreme, que aparecieron en el mercado el mes de
noviembre del 2008 en lotes de 1.000 unidades
con unos precios de 284, 562 y 999 dólares
respectivamente.
Rendimiento del INTEL core I7.
Se ha utilizado un Core i7 940 a 2.93GHz en un
benchmark en 3DMark Vantage dando una
puntuación de CPU de 17,966. El Core i7 920 a
2.66GHz da una puntuación de 16,294. En la
anterior generación de procesadores Core, un
Core 2 Quad Q9450 a 2.66GHz, se obtiene una
puntuación de 11,131.
AnandTech ha probado el Intel QuickPath
Interconnect (versión de 4.8 GT/s) y encontró que
el ancho de banda de copia usando triple-channel
1066 MHz DDR3 era de 12.0 GB/s. Un sistema
Core 2 Quad a 3.0 GHz usando dual-channel
DDR3 a 1066 MHz logra 6.9 GB/s.
La técnica del overclocking será posible
con la serie 900 y una placa base equipada con el
chipset X58. En octubre de 2008, surgieron
informes de que no será posible utilizar el
"rendimiento" DIMM DDR3 que requieren
voltajes superiores a 1.65V porque el controlador
de memoria integrado en el núcleo i7 podría
dañarse.
Algunas pruebas, sin embargo, han
demostrado que el límite de voltaje no es
aplicado, como en una placa MSI, y los
fabricantes pueden escoger enlazar el voltaje de la
CPU a la memoria o no. Hacia el final de ese mes,
los vendedores de memoria de alto desempeño
han anunciado kits de memoria DDR3 1.65V con
velocidades de hasta 2GHz.
Algunos viejos artículos han sugerido que
el diseño del i7 no es ideal para el desempeño en
juegos.
En un test hecho en hardware filtrado, un
Core i7 940 comparado a un QX9770 mostraba
que el Core i7 es más lento que el Yorkfield ciclo
a ciclo en 2 juegos mientras que fue más rápido
en otros dos. La diferencia en todos los casos es
pequeña. Sin embargo, pruebas más recientes
hechas en todas las velocidades del hardware
oficial con controladores finales y revisiones de
BIOS muestran que el Core i7 mínimamente
vence al Yorkfield ciclo a ciclo de reloj, y en
muchos casos lo excede en un promedio del 17%.
En una prueba del Super PI 1M mono
tarea, un Core i7 920 corriendo a 2.66 Ghz
finalizó la prueba en 15.36 segundos, mientras
que un QX9770 (3.2 Ghz) la finalizó en 14.42
segundos, entonces el Core i7 ha ejecutado 20%
mas instrucciones por ciclo en esta prueba.
El Core i7 posee tres canales de memoria, y la
velocidad de los mismos puede ser escogida
configurando el multiplicador de memoria. Sin
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embargo, en antiguos benchmarks, cuando la
velocidad es establecida más allá del umbral
(1333 para un 965XE) el procesador solo
accederá a dos canales de memoria
simultáneamente. Un 965XE tiene mejor
procesamiento de memoria con 3 módulos DDR31333 que con 3 DDR3-1600, y 2 módulos DDR31600 tienen casi el mismo rendimiento que 3
DDR3-1600.
Puesto que el Core i7 es un procesador de cuatro
núcleos, la tecnología HyperThreading no
produce ninguna mejora en la ejecución de cargas
de trabajo con menos de cinco tareas simultáneas
cuando todos los núcleos están encendidos, y
algunas aplicaciones sufren una bajada en el
rendimiento cuando HyperThreading está
activado. Ésta tecnología ofrece su mejor
rendimiento cuando la carga de trabajo es de ocho
o más tareas simultáneas.
Esquema de la arquitectura del procesador
INTEL core I7
Esquema del intel core i7
3. Avances de AMD
La AMD (Advanced Micro Devices), una de las
compañías más grandes del mundo en la
elaboración
de
microprocesadores,
haya
desarrollado un chip conocido con el nombre de
Opteron.
Para equipos servidores, es una gran
alternativa de elección debido a que no se
producirá en demasía una descarga excesiva de
utilización de energía, especialmente en
compañías que tienen a su cargo varias terminales
de servicio. Opteron es un chip de seis núcleos
que distribuye consecuentemente la energía y
además el espacio que ocupa dentro del sistema
de administración resulta ser bastante nimio, en
corporación con la mayoría de microprocesadores
de primer generación que tienden a ocupar un
área más grande de la necesaria. En las
condiciones actuales de manejo de los sistemas, el
Opteron con esta importante adquisición de los
núcleos, pues su mayor competidor, Intel, tiene en
sus microprocesadores más avanzados sólo cuatro
núcleos, condiciona de esta manera una nueva
manera de utilización general dentro de los
terminales de servicios.
Hay un punto importante que hay que destacar
dentro del desarrollo de los Opteron y es que
están en concordancia con que el modelo, con un
consumo de energía 40w acp, está especialmente
pensado para los terminales que necesitan de un
trabajo más que especial. Es decir, este chip está
pensado para ser todo lo más equipado posible
para hacer que los grandes trabajos de los
sistemas periféricos no corran riesgo alguno de
perderse
o
bien
de
no
desarrollarse
convenientemente, de acuerdo a las distintas
exigencias que se puedan encontrar en una gran
terminal de servicios. La disponibilidad de estos
chips es más notoria aun si no deja de nombrarse
la característica de que los centros de datos más
importantes están empezando a indagar
convenientemente sobre las bondades del
microprocesador Opteron, de modo que pudiera
convertirse en un futuro no muy lejano en una
marca o un genérico oficial en estos centros
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importantes de información.
El Opteron de consumo de energía 40w acp entra
así a una nueva era así como a una nueva
concepción de los microprocesadores que antes
sólo se medían por su potencia, y ahora se
destacan por ser de una estructura liviana y
versátil para poder generar un ahorro más
significativo de energía.
Características del procesador AMD Opteron
Six-Core
•
Seis auténticos núcleos
• Función HT Assist (HT) de la tecnología
HyperTransport™
• Aumento del ancho de banda HT3
• Tecnologías de gestión energética para los
procesadores de AMD
• Tecnología AMD-Virtualization™ (AMDV™)
• Rangos energéticos/térmicos idénticos a
los de los procesadores AMD Opteron™
Quad-Core
• Rangos energéticos/térmicos idénticos a
los de los procesadores AMD Opteron™
Quad-Core
Detalles de características
La función Assist (HT Assist) de la tecnología
HyperTransportTM reduce el tráfico que probe
de la caché entre procesadores, lo que repercute
en solicitudes más rápidas en servidores de 4 y 8
vías que pueden aumentar el rendimiento para
aplicaciones sensibles a la caché (p. ej. bases de
datos, virtualización y aplicaciones de cálculo
intensivo).
La tecnología HyperTranspor 3.0 (HT3)
aumenta la tasa de interconexión de 2 GT/s con
HT1 hasta un máximo de 4,8 GT/s con HT3,
hecho que contribuye a mejorar el equilibrio y la
escalabilidad del sistema global.
El controlador de memoria integrado de
AMD funciona exclusivamente con un alto ancho
de banda y la memoria DDR2 de ahorro
energético. Incorpora la señal RAS de memoria
para aumentar la tolerancia a errores y así reducir
el tiempo de inactividad del sistema y aumentar
su fiabilidad.
Tecnologías de gestión energética para los
procesadores de AMD
La tecnología mejorada AMD PowerNow
con la tecnología de núcleo dinámico
independiente permite a cada núcleo variar su
frecuencia en función de las necesidades
específicas de la aplicación. Esto permite una
gestión de la energía más precisa que reduce el
consumo de energía del centro de datos y, por lo
tanto, reduce el coste total de propiedad (TCO).
Dual Dynamic Power Managemen
permite a cada procesador maximizar las ventajas
del ahorro energético de la tecnología mejorada
AMD PowerNow!, sin que ello afecte al
rendimiento. Dual Dynamic Power Management
puede reducir el consumo de energía en modo
inactivo y permite la gestión de energía por
procesador en sistemas de varios sockets para
reducir el consumo de energía.
La tecnología AMD CoolCore evalúa qué
partes de la placa (los núcleos, la memoria o
ambas partes) son necesarias para las aplicaciones
que se están ejecutando. Puede reducir la energía
de áreas de transistores no utilizadas para reducir
el consumo de energía y la generación de calor.
AMD PowerCap Manager ofrece al gestor
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de TI la capacidad de poner un tope al nivel de
estado del procesador de los núcleos mediante
BIOS. Esto ayuda a reducir el consumo
energético del procesador en un sistema.
La tecnología AMD Smart Fetch permite
que los núcleos inactivos graben los contenidos
de sus cachés L1 y L2 en la caché L3 compartida.
Gracias a ello, los núcleos inactivos pueden entrar
en estado de “reposo” y reducir el consumo
energético de la CPU al necesitar menos potencia.
Tecnología AMD-V
Las funciones de indización de
virtualización rápida y TLB etiquetado permiten
la traducción de las direcciones de memoria
virtual a física, en hardware en lugar de software.
Esto contribuye a disminuir la latencia, mejorar el
rendimiento y aumentar el número de equipos
virtuales que se ejecutan en cada equipo físico,
para lograr entornos de TI más flexibles y de
mayor rendimiento.
La función de migración ampliada
(Extended Migration) facilita el movimiento de
un equipo virtual entre dos equipos físicos con los
procesadores AMD Opteron™ en gran cantidad
de soluciones de virtualización de software. AMD
Extended Migration es compatible con las
versiones anteriores de los procesadores AMD
Opteron Single-Core, Dual-Core, Quad-Core y
Six-Core.
AMD Virtualization admite la virtualización de
nivel E/S para permitir un control directo de los
dispositivos a través de un equipo virtual (se
requieren chipsets SR5690/SR5670). Esto mejora
el rendimiento mediante la asignación directa de
dispositivos a un SO invitado y el aislamiento
para aumentar la seguridad de los equipos
virtuales.
4.IBM y sus Supercomputadores
International Business Machines o IBM (NYSE:
IBM) (conocida coloquialmente como el Gigante
Azul) es una empresa multinacional que fabrica y
comercializa herramientas, programas y servicios
relacionados con la informática. IBM tiene su
sede en Armonk (Nueva York, Estados Unidos) y
está constituida como tal desde el 15 de junio de
1911, pero lleva operando desde 1888.
Con alrededor de 390.000 empleados repartidos
en unos 161 países, esta empresa tiene ingresos de
103.600 millones de dólares en 2008, IBM es la
empresa de servicios basados en tecnología de
información más grande del mundo y una de las
pocas que lleva operando desde el siglo XX hasta
la actualidad.
Tiene una presencia principal en prácticamente
todos los segmentos relacionados con las
tecnologías de la información; de hecho, en los
años recientes, más de la mitad de sus ingresos
vienen de sus ramas de consultoria y servicios, y
no de la fabricación de equipos. Además es una
firme patrocinadora del software libre
IBM y su proyecto BLUE GENE
Blue Gene es un proyecto de arquitectura de
ordenadores
diseñados
para
producir
supercomputadoras varios, diseñado para alcanzar
las velocidades de operación en el PFLOPS
(petaFLOPS) rango, y en la actualidad llegar a
velocidades sostenidas de casi 500 TFLOPS
(Teraflops). Es un proyecto de cooperación entre
IBM (en particular de IBM de Rochester y el
Thomas J. Watson Research Center), el
Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, el
Departamento de Energía estadounidense (que
financia parcialmente el proyecto), y el mundo
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académico.
El concepto de Blue Gene / L se refiere a
veces el equipo instalado en LLNL, y, a veces se
refiere a la arquitectura de ese equipo. As of
November 2006, there are 27 computers on the
Top500 list using the Blue Gene/L architecture.
En noviembre de 2006, hay 27 equipos de la lista
Top500 con el Blue Gene / L de arquitectura.
Siguiendo la misma arquitectura uno de
los últimos avances del proyecto Blue Gen ,
tenemos la Blue Gene /P, presentada por IBM en
junio del 2007. La Blue Gene /P fue Diseñada
para funcionar continuamente a 1 PFLOPS
(petaFLOPS), se puede configurar para alcanzar
velocidades superiores a 3 PFLOPS. Por otra
parte, es por lo menos siete veces más eficiente en
energía que cualquier otra supercomputadora,
llevada a cabo mediante el uso de muchos
pequeños chips de baja potencia conectados a
través de cinco redes especializadas. Cuatro de
850 MHz PowerPC 450 procesadores están
integrados en cada uno de los chip.de Blue Gene /
P . El
1-PFLOPS Blue Gene / P es una
configuración de 294.912 procesadores, 72sistema de rack aprovechados para una alta
velocidad, red de fibra óptica. Un estándar de
Blue Gene / P de configuración albergará 4.096
procesadores por rack
Blue Gen/ Q
El último diseño conocido en la serie de
supercomputadoras Blue Gene, Blue Gene / Q
está destinada a alcanzar el 20 Petaflop 2011 en el
marco de tiempo . Se continuará ampliando y
mejorando el Blue Gene / L y / P arquitecturas
con mayor frecuencia en el rendimiento muy
mejorado por vatio. Blue Gene/Q will have a
similar number of nodes but many more cores per
node. Blue Gene / Q tendrá un número similar de
ganglios, pero muchos más núcleos por nodo.
Exactamente cuántos núcleos por chip de la BG /
Q va a tener es en la actualidad un tanto confusa,
pero el 8 o 16 es posible, con 1 GB de memoria
por núcleo.
El arquetipo de Blue Gene / Q sistema
llamado Sequoia será instalado en el Lawrence
Livermore National Laboratory en 2011 como
parte de la Simulación Avanzada y Computación
Programa de simulaciones nucleares y la
investigación científica avanzada Estará formado
por 98.304 nodos de computación que incluye 1,6
millones núcleos de procesador y el 1,6 memoria
PB en 96 bastidores con una superficie de
aproximadamente 3000 metros cuadrados, 6
empates megavatios de potencia.
Esquema de Blue Gene/ L (primer
supercomputador del proyecto Blue Gen)
IBM Roadrunner
Roadrunner es una supercomputadora construida
por IBM en el Laboratorio Nacional Los Álamos
en Nuevo México, EE.UU... Actualmente
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segundo ordenador más rápido del mundo
Roadrunner está diseñado para un rendimiento
máximo de 1,7 petaflops, Se trata de una
supercomputadora, con muchas características de
diseño novedoso.
En noviembre de 2008, alcanzó un
máximo rendimiento de 1,456 petaflops,
conservando su primer puesto en la lista TOP500.
También es el cuarto superordenador más
energéticamente eficientes del mundo en la lista
de Green500 Supermicro, con un tipo de cambio
operacional de 444,94 megaflops por vatio de
potencia utilizada.
I
BM construyó el equipo para el
Departamento de EE.UU. (Energy DOE) National
Nuclear Security Administration. Es un diseño
híbrido, con 12.960 IBM PowerXCell 8i y 6.480
AMD Opteron dual-core en especial servidores
blade diseñado conectados por Infiniband. El
Roadrunner utiliza Red Hat Enterprise Linux con
Fedora como su sistema operativo y se maneja
con XCAT software de computación distribuida.
También utiliza el Abierto de mensajes MPI pasa
aplicación de interfaz.
El IBM Roadrunner final se compone de
18 unidades conectadas, que están conectados a
través de ocho adicionales (segunda etapa)
interruptores ISR2012 . Cada CU está conectado a
través de doce enlaces ascendentes para cada
switch de la segunda etapa, lo que hace un total de
96 conexiones de enlace ascendente.
Sistema de Información general:
6.480 procesadores Opteron, con un 51,8
TiB RAM (en 3.240 hojas LS21)
• 12.960 procesadores Cell, con un 51,8 TiB
RAM (en 6480 QS22 hojas)
•
• 26 288-ISR2012 puerto Infiniband 4x
DDR interruptores
• 296 bastidores
• 2,35 poder MW
5.Conclusiones
Los avances en el mundo de los computadores
son cada vez mas significativos y cada ves
ocurren con mayor rapidez. Lo que se puede
deducir de esto es que cada vez son mas las
exigencias y por eso mas intensos son los estudios
para diseñar equipos cuyo rendimiento sea cada
vez mayor y a menor costo, se puede notar que
hace varios años los ordenadores que hoy tenemos
en nuestras casa y oficinas cada vez brindan mas
eficiencia por el mismo costo que un computador
de más antigüedad ofrecía menor rendimiento.
También se puede notar que los avances en las
arquitecturas de los ordenadores son en el área de
el paralelismo, viendo como fabricantes como
AMD o INTEL, modifican la estructura de sus
procesadores para agregarles mas núcleos a estos
y así poder realizar tareas en paralelo dando así
una mayor rapidez en la ejecución de los
procesos.
En el área de los supercomputadores
también se hacen avances significativos en lo que
paralelismo se trata con el diseño de equipos que
pueden soportar mas y mas procesadores en
paralelos.
REFERENCIAS
•
(2008-06-09SharonGaudin).
http://www.computerworld.com/s/article/9
095318/IBM_s_Roadrunner_smashes_4_
minute_mile_of_supercomputing?
taxonomyId=12&intsrc=kc_top&taxonom
yName=hardware
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Centro de estudios de Postgrados en Ing. Eléctrica
Cátedra: “ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR”
•
Nelson, Carl (2008-11-2). «Intel Core i7
CPU Review
•
http://www.amd.com/es/products/server/si
x-core-opteron/Pages/six-core-opteronkey-architectural-features.aspx
•
http://www.cisl.ucar.edu/research/2005/ho
me
•
Sitio
web
de
Intel
Corporation
http://www.intel.com/#/es_ES_01
•
Sitio web de AMD Corporation
http://www.amd.com/es/Pages/AMDHom
ePage.aspx