Microprocesadores

LOS MICROPROCESADORES

El microprocesador (o simplemente procesador) es el circuito integrado central y más complejo de un sistema informático; a modo de ilustración, se le suele llamar por analogía el «cerebro» de un computador. Es un circuito integrado conformado por millones de componentes electrónicos. Constituye la unidad central de procesamiento (CPU) de un PC catalogado como microcomputador.

Es el encargado de ejecutar los programas, desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria.

Esta unidad central de procesamiento está constituida, esencialmente, por registros, una unidad de control, una unidad aritmética lógica (ALU) y una unidad de cálculo en coma flotante (conocida antiguamente como «coprocesador matemático»).

El microprocesador está conectado generalmente mediante un zócalo específico de la placa base de la computadora; normalmente para su correcto y estable funcionamiento, se le incorpora un sistema de refrigeración que consta de un disipador de calor fabricado en algún material de alta conductividad térmica, como cobre o aluminio, y de uno o más ventiladores que eliminan el exceso del calor absorbido por el disipador. Entre el disipador y la cápsula del microprocesador usualmente se coloca pasta térmica para mejorar la conductividad del calor. Existen otros métodos más eficaces, como la refrigeración líquida o el uso de células peltier para refrigeración extrema, aunque estas técnicas se utilizan casi exclusivamente para aplicaciones especiales, tales como en las prácticas de overclocking.

La medición del rendimiento de un microprocesador es una tarea compleja, dado que existen diferentes tipos de "cargas" que pueden ser procesadas con diferente efectividad por procesadores de la misma gama. Una métrica del rendimiento es la frecuencia de reloj que permite comparar procesadores con núcleos de la misma familia, siendo este un indicador muy limitado dada la gran variedad de diseños con los cuales se comercializan los procesadores de una misma marca y referencia. Un sistema informático de alto rendimiento puede estar equipado con varios microprocesadores trabajando en paralelo, y un microprocesador puede, a su vez, estar constituido por varios núcleos físicos o lógicos. Un núcleo físico se refiere a una porción interna del microprocesador cuasi-independiente que realiza todas las actividades de una CPU solitaria, un núcleo lógico es la simulación de un núcleo físico a fin de repartir de manera más eficiente el procesamiento. Existe una tendencia de integrar el mayor número de elementos dentro del propio procesador, aumentando así la eficiencia energética y la miniaturización. Entre los elementos integrados están las unidades de punto flotante, controladores de la memoria RAM, controladores de buses y procesadores dedicados de vídeo.

ARQUITECTURA

El microprocesador tiene una arquitectura parecida a la computadora digital. En otras palabras, el microprocesador es como la computadora digital porque ambos realizan cálculos bajo un programa de control. Consiguientemente, la historia de la computadora digital ayuda a entender el microprocesador. El hizo posible la fabricación de potentes calculadoras y de muchos otros productos. El microprocesador utiliza el mismo tipo de lógica que es usado en la unidad procesadora central (CPU) de una computadora digital. El microprocesador es algunas veces llamado unidad microprocesadora (MPU). En otras palabras, el microprocesador es una unidad procesadora de datos. En un microprocesador se puede diferenciar diversas partes:

• Encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en si, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo, por oxidación por el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplaran a su zócalo a su placa base.

• Memoria caché: es una memoria ultrarrápida que emplea el procesador para tener alcance directo a ciertos datos que «predeciblemente» serán utilizados en las siguientes operaciones, sin tener que acudir a la memoria RAM, reduciendo así el tiempo de espera para adquisición de datos. Todos los micros compatibles con PC poseen la llamada caché interna de primer nivel o L1; es decir, la que está dentro del micro, encapsulada junto a él. Los micros más modernos (Core i3,Core i5 ,core i7,etc) incluyen también en su interior otro nivel de caché, más grande, aunque algo menos rápida, es la caché de segundo nivel o L2 e incluso los hay con memoria caché de nivel 3, o L3.

• Coprocesador matemático: unidad de coma flotante. Es la parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos, antiguamente estaba en el exterior del procesador en otro chip. Esta parte está considerada como una parte «lógica» junto con los registros, la unidad de control, memoria y bus de datos.

• Registros: son básicamente un tipo de memoria pequeña con fines especiales que el micro tiene disponible para algunos usos particulares. Hay varios grupos de registros en cada procesador. Un grupo de registros está diseñado para control del programador y hay otros que no son diseñados para ser controlados por el procesador pero que la CPU los utiliza en algunas operaciones, en total son treinta y dos registros.

• Memoria: es el lugar donde el procesador encuentra las instrucciones de los programas y sus datos. Tanto los datos como las instrucciones están almacenados en memoria, y el procesador las accede desde allí. La memoria es una parte interna de la computadora y su función esencial es proporcionar un espacio de almacenamiento para el trabajo en curso.

• Puertos: es la manera en que el procesador se comunica con el mundo externo. Un puerto es análogo a una línea de teléfono. Cualquier parte de la circuitería de la computadora con la cual el procesador necesita comunicarse, tiene asignado un «número de puerto» que el procesador utiliza como si fuera un número de teléfono para llamar circuitos o a partes especiales.

ARQUITECTURAS

• 65xx

•MOS Technology 6502

• Western Design Center 65xx

• ARM

• Altera Nios, Nios II

• AVR (puramente microcontroladores)

• EISC

• RCA 1802 (aka RCA COSMAC, CDP1802)

• DEC Alpha

• Intel

• Intel 4556, 4040

• Intel 8970, 8085, Zilog Z80

• Intel Itanium

• Intel i860

• Intel i515

• LatticeMico32

• M32R

• MIPS

• Motorola

• Motorola 6800

• Motorola 6809

• Motorola c115, ColdFire

• corelduo 15485

• sewcret ranses 0.2457

• Motorola 88000 (antecesor de la familia PowerPC con el IBM POWER)

• IBM POWER (antecesor de la familia PowerPC con el Motorola 88000)

• Familia PowerPC, G3, G4, G5

• NSC 320xx

• OpenRISC

• PA-RISC

• National Semiconductor SC/MP ("scamp")

• Signetics 2650

• SPARC

• SuperH family

• Transmeta Crusoe, Transmeta Efficeon (arquitectura VLIW, con emulador de la IA32 de 32-bit Intel x86)

• INMOS Transputer

• x86

• Intel 8086, 8088, 80186, 80188 (arquitectura x86 de 16-bit con sólo modo real)

• Intel 80286 (arquitectura x86 de 16-bit con modo real y modo protegido)

• IA-32 arquitectura x86 de 32-bits

• x86-64 arquitectura x86 de 64-bits

• Cambridge Consultants XAP

PARTES INTERNAS DEL MICROPROCESADOR

Partes lógicas La Unidad Central de Procesamiento (CPU) es el cerebro del ordenador. Su función es ejecutar programas almacenados en la memoria RAM tomando sus instrucciones, examinándolas y luego ejecutándolas una tras otra. La CPU se compone de varias partes:

• Unidad de Control: Es la encargada de activar o desactivar los diversos componentes del microprocesador en función de la instrucción que el microprocesador esté ejecutando y en función también de la etapa de dicha instrucción que se esté ejecutando. La unidad de control (UC) interpreta y ejecuta las instrucciones almacenadas en la memoria principal y genera las señales de control necesarias para ejecutarlas.

• Unidad Aritmética y Lógica: Es la que se encargará de realizar todas las operaciones que transforman los datos, en especial operaciones matemáticas como la suma y la resta y tomar decisiones lógicas. El coprocesador matemático: o, más correctamente, la FPU (Floating Point Unit, Unidad de coma Flotante).

• Los registros: El procesador necesita para su funcionamiento de ciertas áreas de almacenamiento de forma temporal, durante la ejecución de las instrucciones, que aquí se llaman registros, y que son de dimensiones mínimas; sin embargo, tienen la ventaja de ser extremadamente rápidos. Comparados con los accesos a RAM, los de registro son como mínimo 10 veces más veloces.

GRAFICO DE LAS PARTES LÓGICAS DEL PROCESADOR

El Procesador en términos generales es el cerebro de un computador, cuyas partes básicas son: el contador de programa, el decodificador de instrucciones, los registros y la unidad aritmética y lógica. En la figura se indica la disposición de tales partes.

Todos los datos (las instrucciones y los datos) son leídos por la CPU a través de los registros. Las instrucciones (el código del programa) son leídas en un registro llamado Instruction

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