Un microprocesador es el cerebro del ordenador. Es un chip, un
conjunto de circuitos electrónicos altamente integrado,
fabricado en un trozo de silicio. En su interior existen millones
de elementos llamados transistores, ordenados de manera que
forman puertas lógicas para poder así, hacer
operaciones de toda clase. Los microprocesadores van sobre un
elemento llamado socket o zócalo, que se conecta a la
placa base. La función de los microprocesadores es la de
ejecutar e interpretar las instrucciones de los ordenadores.
¿QUE ES EL MICROPROCESADOR? 1. DEFINICION:
¿QUE ES EL MICROPROCESADOR? La velocidad de un
microprocesador se mide en mega hertzios (MHz) o giga hertzios
(1 GHz = 1.000 MHz). Debido a la extrema dificultad de
fabricar componentes electrónicos que funcionen a las
inmensas velocidades de MHz habituales hoy en día, todos
los microprocesadores modernos tienen 2 velocidades: VELOCIDAD
INTERNA: 1. DEFINICION: La velocidad a la que funciona el
microprocesador internamente (1.8, 2.1, 2.3… GHz). La velocidad
a la que se comunican el micro y la placa base,
típicamente a 1033, 2066… MHz. VELOCIDAD EXTERNA O
DEL BUS:
2. PARTES BÁSICAS DE UN MICROPROCESADOR 2.2 ALU (Unidad
Aritmético-Lógica) : 2.3 El Coprocesador
Matemático : Realiza las operaciones que convierten los
datos de entrada en resultados. Una memoria intermedia
ultrarrápida que sirve al microprocesador para tener a
mano ciertos datos que previsiblemente serán utilizados en
las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM,
reduciendo el tiempo de espera.Es lo que se conoce como
caché de primer nivel; es decir, la que está
más cerca del microprocesador, tanto que está
encapsulada junto a él, también llamada
caché interna. 2.4 Registros: o, más correctamente,
la FPU (Unidad de coma Flotante). Parte del microprocesador
especializada cálculos matemáticos complejos. 2.5
La Memoria Cache : Posiciones de memoria interna que almacenan
temporal y momentáneamente los datos que pasan por la CPU,
estados, direcciones… mientras se necesitan. 2.1 UC
(Unidad de Control): Organiza el funcionamiento de la CPU,
decidiendo qué se hace (y quién) en cada
momento.
Bus de Direcciones: Transporta las direcciones de los datos
manejados por la CPU Bus de Datos Externos: Transporta hacia y
desde el exterior de la PCU (cache L2, chipset,
RAM…).También se le denomina bus frontal o bus del
sistema. Bus de Datos Internos: Transporta los datos dentro de la
CPU, es decir entre registros, cache L1, etc. Reloj: Marca la
frecuencia del funcionamiento del microprocesador y los distintos
buses del sistema. 2. PARTES BÁSICAS DE UN
MICROPROCESADOR
3. PARTES ELEMENTALES DE UN MICROPROCESADOR
ESQUEMA DE LOS MICROPROCESADORES
ESQUEMA DE LA UNIDAD ARITMÉTICO – LÓGICA
(UAL)
ESQUEMA DE LA UNIDAD ARITMÉTICO – LÓGICA
(UAL) Componentes de la ALU Registros de entrada (A, B):
Almacenan los operandos (datos de entrada). Circuito operacional:
Componentes electrónicos que realizan las operaciones.
Registro acumulador (R): Almacena el resultado de las
operaciones. Registros de estado (D): “Flags” que
recogen cómo termina la operación. Cero, negativo,
acarreo, desbordamiento, paridad, etc… Selector de operaciones
(F): Microinstrucciones procedentes de la Unidad de
Control.
ESQUEMA DE LA UNIDAD DE CONTROL (UC)
UNIDAD DE CONTROL (UC) Componentes de la UC Contador de programa
Contiene la dirección de memoria de la siguiente
instrucción. Registro de instrucciones Contiene la
instrucción que se está ejecutando. Decodificador
Interpreta la instrucción en curso, para poder ejecutarla.
Reloj Genera impulsos eléctricos que sincronizan y marcan
la velocidad a la que trabaja la CPU. Secuenciador Genera las
microinstrucciones para la ejecución paso a paso de la
instrucción interpretada por el decodificador.
UNIDAD DE CONTROL (UC) Interpreta las instrucciones almacenadas
en la memoria y genera las señales de control necesarias
para ejecutarlas. Activa o desactiva los componentes del
microprocesador en función de: La instrucción que
se esté ejecutando. La fase de dicha instrucción
que se esté ejecutando. Existen dos tipos de unidades de
control: Cableadas (máquinas sencillas). Microprogramadas
(máquinas complejas).
EJECUCIÓN DE UNA INSTRUCCIÓN Se recibe la
instrucción desde la UC. Se comprueba el estado de la ALU.
Se cargan los operandos. Se realiza la operación. Se
guarda el resultado en el acumulador. Se guarda el estado de la
ALU al final. FASES Búsqueda de la instrucción
(fetch). Decodificación de la instrucción (decode)
y carga de operandos (load). Ejecución de las operaciones
(execute). Escritura de resultados (store).
4. TIPOS DE DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES 4.1 RISC:
(Computación con una colección de instrucciones
reducida): se basan en la idea de que la mayoría de las
instrucciones para realizar procesos en el computador son
relativamente simples por lo que se minimiza el número de
instrucciones y su complejidad a la hora de diseñar la
CPU. Estos procesadores se suelen emplear en aplicaciones
industriales y profesionales por su gran rendimiento y
fiabilidad. Compañías Compaq, Motorola y PowerPC
4.2 CISC: (Computación con una colección de
instrucciones compleja): al contrario, tienen una gran cantidad
de instrucciones y por tanto son muy rápidos procesando
código complejo. Se trata de extender el conjunto de
instrucciones de la CPU para que trabaje más
eficientemente con tratamiento de imágenes y aplicaciones
en 3D. Compañías Cirix y AMD Conclusiones:
-Ejecutar más instrucciones por ciclo. -Ejecutar las
instrucciones en orden distinto del original para que las
interdependencias entre operaciones sucesivas no afecten al
rendimiento del procesador. -Contribuir a acelerar el rendimiento
global del sistema, además de la velocidad de la
CPU.
5. DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES – Aumento de
prestaciones PRIMEROS MICROS INEFICIENCIA => La mayoría
de los componentes estaban ociosos más del 90% del tiempo
POSTERIORMENTE Replicación de componentes internos de la
CPU. Conexiones pensadas para permitir el trabajo en paralelo de
TODOS ellos. Conclusiones: -La arquitectura del ordenador ha
aportado más al rendimiento que la miniaturización.
-La refrigeración se ha convertido en algo crucial.
5. DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES – Aumento de
prestaciones PIPELINE (SEGMENTACIÓN) Se divide cada
instrucción en varias fases. Cada componente de la CPU
puede estar ocupado por una fase distinta de una
instrucción distinta. Se pretende usar todos los
componentes de la CPU, el 100% del tiempo.
5. DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES – Aumento de
prestaciones Se simula, de cara a los programas, como si el PC
tuviera dos CPU’s, en lugar de una solo. Lo inventó
Intel y mejora el rendimiento un 30%. Permite procesar en
paralelo, sobre una misma CPU, la ejecución de varios
programas “multihilo”. Invisible para el SO y los
programas. Solo se requiere “multiprocesamiento
simétrico” (SMP). HYPER-THREADING (HT
Technology)
5. DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES – Aumento de
prestaciones Tecnología de comunicación
bidireccional que ofrece gran ancho de banda. Comunicación
entre chips de un circuito integrado. Sustituto del FSB. Pretende
reducir número de buses y facilitar multiprocesamiento.
Proporciona conexiones auto-negociadas. Utiliza líneas de
32 bits. Usado por AMD en procesadores y chipsets.
HYPER-Transport (HT) o Lightning Data Transport (LDT)
5. DISEÑO DE LOS MICROPROCESADORES – Aumento de
prestaciones Desarrollado por Intel para competir con
HyperTransport. Reemplaza FSB en procesadores (p.ej, Core i7) y
chipsets (X58). Intel QuickPath Inteconnect (QPI)
1971: Intel 4004 1972: Intel 8008 1978: Intel 8086 1979: Intel
8088 1. Microprocesadores de Intel más antiguos: 6.
EVOLUCIÓN DE LOS MICROPROCESADORES 1974: Intel 8080
1975: Signetics 2650 1975: MOS 6502 1975: Motorola 6800 1976:
Zilog Z80 2. Microprocesadores antiguos de otros fabricantes:
1978: Motorola 68000
1982: Intel 80286 1985: Intel 80386 1989: Intel 80486 1993: Intel
Pentium 3. Siguiente generación de Intel: 1995: Intel
Pentium Pro 1997: Intel Pentium II
4. Un nuevo competidor en el mercado, AMD: 1985: AMD Am386 1989:
AMD Am486 1993: AMD K5 1997: AMD K6
Intel Pentium III 1999:AMD K6-2 5. Microprocesadores modernos –
1999 AMD K7 Athlon Velocidad de bus a 266 MHz. Cache L1 128 KB
Cache L2 512 KB Socket de 370 pins. AMD K6-2 VELOCIDAD DEL CPU
DESDE 266-550 MHZ CACHE L1 DE 64 KB 2.2. A 2.4 VOLTIOS TIENE 9.3
MILLONES DE TRANSISTORES SOCKET 7 O SÚPER SOCKET 7 .
BUS DE 400 MHZ ANCHO DE BANDA DE 3.2 GB/SEG SOCKET 432 PNS. CACHE
L1 DE 8 KB CACHE L2 DE 512 KB , AMD Athlon XP Intel Pentium 4
ANCHO DE BANDA 2.1 GB/SEG. CACHE L1 128 KB, 64KB DATOS Y 64KB
INSTRUCCIONES. CACHE L2 256 KB BUS FRONTAL DE 266 MHZ SOCKET 462
PINS. 5. Microprocesadores modernos – 2000
CPU 800 MHz Velocidad de Bus 200 MHZ Cache L1 128KB Cache L2
64 KB Socket 370 pins. AMD DURON 5. Microprocesadores
modernos – 2003 Intel Pentium M CPU 900 MHz Velocidad de FSB
400 MT/s
CPU 1,0-3,2 GHz Velocidad HyperTransport 800-1000 MT/s
AMD Athlon 64 5. Microprocesadores modernos – 2005 Intel
Pentium D 2 CPUs (Pentium 4) a 2,66-3,6 GHz Velocidad de FSB
533-800 MHz Variantes con HyperThreading
CPU 2,4-3,0 GHz Bus de sistema a 2 GHz 64 bits
AMD Athlon 64 FX 5. Microprocesadores modernos – 2006 Intel
Core 2 Duo 2 CPUs a 1,8-3,3 GHz Velocidad de FSB 533-1600 MT/s 64
bits
4 CPUs 2,4-2,6 GHz Bus de sistema a 2 GHz AMD Quad Core
5. Microprocesadores modernos – 2007 Intel Core 2 Quad 4 CPUs a
2,3-3,0 GHz Velocidad de FSB 1066-1333 MT/s
2 ó 4 núcleos Hasta 3,60 GHz con Turbo Boost
HyperThreading Velocidad bus DMI de 2,5 GT/s 4 núcleos
Velocidad de CPU: 2,66 GHz a 3,33 GHz Velocidad QPI: 4,8-6,4 GT/s
5. Los microprocesadores más modernos de Intel 2 ó
4 núcleos HyperThreading GPU integrada
1971: Intel 4004 (primer microprocesador comercial) 1972: Intel
8008 1974: Intel 8080 1975: Signetics 2650, MOS 6502, Motorola
6800 1976: Zilog Z80 1978: Intel 8086, Motorola 68000 1979: Intel
8088 1982: Intel 80286 1985: Intel 80386, AMD Am386 1987:
Motorola 68030 1989: Intel 80486, AMD Am486 RESUMEN
1993: Intel Pentium, AMD K5 1995: Intel Pentium Pro 1997: Intel
Pentium II, AMD K6 1999: Intel Pentium III 2000: Intel Pentium 4,
AMD Athlon XP 2003: PowerPC G5, Intel Pentium M 2005: Intel
Extreme Edition con hyper-threading, Intel Core Duo, AMD Athlon
64, AMD Athlon 64 X2, 2006: Intel Core 2 Duo, Intel Core 2
Extreme, AMD Athlon FX 2007: Intel Core 2 Quad, AMD Quad Core,
AMD Quad FX 2008-…: Intel Core i3, Intel Core i5, Intel
Core i7, AMD Athlon II, AMD Phenom II, AMD Turion II,…
RESUMEN
Pentium Classic: Está optimizado para aplicaciones de 16
bits.Dispone de 8Kb de caché de instrucciones + 8Kb de
caché de datos.Utiliza el zócalo de tipo 5 (socket
5) o el de los MMX (tipo 7). También es conocido por su
nombre clave P54C.Está formado por 3,3 millones de
transistores 7.CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE ALGUNOS
MICROS
K6-III: La memoria de segundo nivel trabaja a la misma velocidad
que la CPU.Utilizan el zócalo super7 a 100 Mhz.64 KB de
caché L1 (32 para datos y 32 para instrucciones)256 KB de
caché L2.Fabricados con 21,3 millones de transistores y
tecnología de 0,25 micras.Soporte para AGP.
7.CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE ALGUNOS MICROS