Introducción A Las Tics-El Procesador

El Procesador

Este elemento alberga en su interior unos mil millones de transistores y es capaz de hacer más de cien mil millones de operaciones matemáticas por segundo.

Actualmente todos los procesadores tanto de Intel como de AMD, están programados para rodar un juego de caracteres estándar de 32 bits que los hacen compatibles para cualquier Sistema Operativo tanto de 32 como de 64 bits.

El Procesador o CPU (Central Process Unit) se encarga de procesar todas las instrucciones que le llegan desde las diferentes partes del Ordenador para que se efectúen las tareas solicitadas. En el mercado podemos encontrar diferentes modelos con distintas capacidades de procesamiento, con diferentes formas de fijación a la Placa Base (Socket) y de 1 a 4 unidades (hasta el momento de elaborar este material) de proceso interconectadas en una sola “pastilla”. Los mayores fabricantes son Intel, que es el líder del mercado y AMD su única competencia importante.

La Potencia del Procesador

Los ingenieros trabajan constantemente en la mejora de los prosadores para conseguir sistemas cada vez más rápidos. El factor más conocido es la frecuencia de trabajo que se mide en Giga-Hercios (millones de ciclos por segundo). No obstante esta medida no es la única característica que debemos mirar al comparar varios procesadores, dado que también depende del micro arquitectura interna el número de procesadores o la cantidad de memoria cache integrada. En la actualidad los procesadores se componen de varios “cores” (núcleos) y de ahí su denominación: “dual-core”, “quad-core” o “hexa-core”, según dispongan de 2,4 ó 6 núcleos. Lógicamente estos núcleos a pesar contener una CPU completa, comparten algunas funciones básicas para conseguir mejor eficiencia, como por ejemplo las memorias cache de más alto nivel, el controlador de memoria RAM o los buses de alta velocidad.

La memoria cache

Cuando utilizamos un programa cualquiera se carga conjuntamente con los datos en la memoria RAM para que con posterioridad los procese la CPU. Este proceso debido a que las velocidades internas del disco duro y la RAM son mucho más lentas que las de la CPU, hace que intervengan las memorias internas del propio procesador (memoria cache) que almacenan temporalmente los datos para entregarlos a la CPU de la forma más rápida posible.

Los procesadores más actuales utilizan un sistema de memorias cache multinivel y que se divide en tres diferentes substratos. La L1 es el nivel más cercano al procesador y es la más rápida. La L3 está próxima a la memoria RAM y no es tan veloz.

Estas memorias internas de la CPU podemos describirlas de la siguiente forma:

A. La cache L1 es la más pequeña, tiene entre 16, y 64 Kb, cada núcleo cuenta con una y dedica la mitad de su capacidad a trabajar instrucciones y la otra mitad a los datos.

B. La cache L2 es de mayor capacidad que la L1, es un poco más lenta y cada núcleo posee una.

C. La cache L3 es la más lenta de las tres, tiene una capacidad según el número de núcleos de entre 3 y 12 Mb...Esta memoria es compartida por todas las CPU

Instrucciones Extendidas

Para que los procesos que lleva a cabo la CPU no se retrasen por culpa de la reiteración necesaria de los cálculos que efectúa, especialmente en procesos multimedia (por ejemplo la decodificación de un fichero de música en mp3), se desarrollaron instrucciones capaces de tratar los datos en forma de grupos y realizar operaciones con ellos de forma masiva y en consecuencia, con mayor rapidez.

Estas Instrucciones se denominan de forma genérica SIMD (Sigle Instruction, Multiple Data) y a ellas pertenecen las instrucciones MMX y SSE.Todas ellas están integradas en la arquitectura x86.

MMX se compone de 57 instrucciones y utilizan operaciones y registros de 64 bits. En cuanto a las SSE ha llegado ya a la versión SSE 4-2 que incorpora 54 instrucciones más a las ya existentes en las versiones anteriores, Además SSE puede operar con datos de 128 bits y existen diversas instrucciones orientadas a diferentes tareas; así, existen instrucciones de transferencia de datos, de conversión, aritmética y lógica.

El Software

En los actuales Procesadores multi-core el software adquiere una especial relevancia. Actualmente todos los Sistemas Operativos son multitarea, es decir que permiten ejecutar varios programas al mismo tiempo, Si poseemos un procesador con un único núcleo, los programas deberán repartir el tiempo que el procesador dedica a cada uno. Sin embargo, si nuestro procesador es multi-core, cada programa puede utilizar al mismo tiempo uno solamente para él. Estas características nos llevan, para aumentar el renacimiento de os procesadores actuales, a programar el software en multithrhreading o multihilo.

Así, una aplicación miltihilo es un programa que consta de un proceso principal y de varios hilos de ejecución que se ruedan de forma paralela al mismo. Con este tipo de programación se evita la aculturación del proceso principal y se consigue no bloquear la CPU.

UNIDAD ARITMETICO LÓGICA

típico símbolo esquemático para una ALU: A y B son operandos; R es la salida; F es la entrada de la unidad de control; D es un estado de la salida.

La unidad aritmético lógica, también conocida como ALU (siglas en inglés de arithmetic logic unit), es un circuito digital que calcula operaciones aritméticas (como suma, resta, multiplicación, etc.) y operaciones lógicas (si, y, o, no), entre dos números.

Muchos tipos de circuitos electrónicos necesitan realizar algún tipo de operación aritmética, así que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendrá una ALU minúscula que se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activar el sonido de la alarma, etc.

Por mucho, los más complejos circuitos electrónicos son los que están construidos dentro de los chips de microprocesadores modernos. Por lo tanto, estos procesadores tienen dentro de ellos un ALU muy complejo y potente. De hecho, los microprocesadores modernos pueden tener múltiples núcleos con múltiples ALU.

Historia: Propuesta de Von Neumann

El matemático John von Neumann propuso el concepto de la ALU en 1945 cuando escribió un informe sobre las fundaciones para un nuevo computador llamado (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) (Computador Automático Variable Discreto Electrónico). Más adelante, en 1946, trabajó con sus colegas diseñando un computador para el Princeton Institute of Advanced Studies (IAS) (Instituto de Princeton de Estudios Avanzados). El IAS computer se convirtió en el prototipo para muchos computadores posteriores. En esta propuesta, von Neumann esbozó lo que él creyó sería necesario en su máquina, incluyendo una ALU.

Von Neumann explicó que una ALU es un requisito fundamental para una computadora porque necesita efectuar operaciones matemáticas básicas: adición, sustracción, multiplicación, y división. Por lo tanto, creyó que era "razonable que una computadora debería contener los órganos especializados para estas operaciones".

Sistemas numéricos

Una ALU debe procesar números usando el mismo formato que el resto del circuito digital. Para los procesadores modernos, este formato casi siempre es la representación del número binario de complemento a dos. Las primeras computadoras usaron una amplia variedad de sistemas de numeración.

Las ALU para cada uno de estos sistemas numéricos mostraban diferentes diseños, y esto influenció la preferencia actual por el complemento a dos, debido a que ésta es la representación más simple, para el circuito electrónico de la ALU, para calcular adiciones y sustracciones, etc.

La ALU se compone básicamente de: Circuito Operacional, Registros de Entradas, Registro Acumulador y un Registro de Estados, conjunto de registros que hacen posible la realización de cada una de las operaciones.

La mayoría de las acciones de la computadora son realizadas por la ALU. La ALU toma datos de los registros del procesador. Estos datos son procesados y los resultados de esta operación se almacenan en los registros de salida de la ALU. Otros mecanismos mueven datos entre estos registros y la memoria.

Una unidad de control controla a la ALU, al ajustar los circuitos que le señala a la ALU qué operaciones realizar.

Operaciones simples

La mayoría de las ALU pueden realizar las siguientes operaciones:

• Operaciones aritméticas de números enteros (adición, sustracción, y a veces multiplicación y división, aunque esto es más complejo)

• Operaciones lógicas de bits (AND, NOT, OR, XOR, XNOR) multiplicación

• Operaciones de desplazamiento de bits (Desplazan o rotan una palabra en un número específico de bits hacia la izquierda o la derecha, con o sin extensión de signo). Los desplazamientos pueden ser interpretados como multiplicaciones o divisiones por 2.

Entradas y salidas

Las entradas a la ALU son los datos en los que se harán las operaciones y un código desde la unidad de control indicando qué operación realizar. Su salida es el resultado del cómputo de la operación.

En muchos diseños la ALU también toma o genera como entradas o salidas un conjunto de códigos de condición desde o hacia un registro de estado.

UCP CONCEPTOS

Conceptos básicos de la Unidad Central de Proceso en forma sencilla sin entrar en términos técnicos. Hablaremos de microprocesadores

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