Procesadores

Introducción

El procesador (CPU, por Central Processing Unit o Unidad Central de Procesamiento), es por decirlo de alguna manera, el cerebro del ordenador. Permite el procesamiento de información numérica, es decir, información ingresada en formato binario, así como la ejecución de instrucciones almacenadas en la memoria. Comenzó siendo del tamaño de un armario, posteriormente se redujo al de una gran caja, después se construyó en un placa de unos 15 por 15 pulgadas. Finalmente se construyó en un solo circuito integrado, encapsulado en un "chip", que se inserta en un zoket o zócalo de la placa-base o (madre).

Tabla de Contenido

¿Qué es?

¿Qué hace?

¿Cómo Funciona?

¿Cómo lo hacen?

Arquitectura

Historia y Evolución

¿ que es un procesador?

La unidad central de procesamiento, UCP o CPU (por el acrónimo en inglés decentral processing unit), o simplemente el procesador o microprocesador, es el componente principal del computador y otros dispositivos programables, que interpreta las instrucciones contenidas en los programas y procesa los datos. Las CPU proporcionan la característica fundamental de la computadora digital (laprogramabilidad) y son uno de los componentes necesarios encontrados en las computadoras de cualquier tiempo, junto con la memoria principal y los dispositivos de entrada/salida. Se conoce como microprocesador el CPU que es manufacturado con circuitos integrados. Desde mediados de los años 1970, los microprocesadores de un solo chip han reemplazado casi totalmente todos los tipos de CPU, y hoy en día, el término "CPU" es aplicado usualmente a todos los microprocesadores.

La expresión "unidad central de proceso" es, en términos generales, un dispositivo lógico que pueden ejecutar complejos programas de computadora.[1]

¿Qué hace procesador?

El procesador es un componente de un sistema o máquina que se encarga de convertir la materia prima de éste y dar un producto que puede ser sometido a otro procesamiento o ser el producto final del sistema o máquina.

El procesador es un circuito electrónico integrado que actúa como unidad central de proceso de un ordenador, proporcionando el control de las operaciones de cálculo.

Su velocidad de trabajo se mide en Megahertzios (MHz) o Gigahertzios (GHz) y su capacidad de proceso por el número de bits que es capaz de manejar a la vez (por ejemplo: 32 bits, o 64 bits).

El procesador formados por componentes extremadamente pequeños formados en una única pieza plana de poco espesor. Su componente principal son los semiconductores, principalmente silicio y germanio.

Pueden llegar a tener varias decenas de millones transistores, además de otros componentes electrónicos como diodos, resistencias, condensadores... etc, todo ello en varios milímetros cuadrados.

¿Cómo Funciona procesador?

El procesador (denominado CPU, por Central Processing Unit) es un circuito electrónico que funciona a la velocidad de un reloj interno, gracias a un cristal de cuarzo que, sometido a una corriente eléctrica, envía pulsos, denominados "picos". La velocidad de reloj (también denominada ciclo), corresponde al número de pulsos por segundo, expresados en Hertz (Hz). De este modo, un ordenador de 200 MHz posee un reloj que envía 200.000.000 pulsos por segundo. Por lo general, la frecuencia de reloj es un múltiplo de la frecuencia del sistema (FSB, Front-Side Bus o Bus de la Parte Frontal), es decir, un múltiplo de la frecuencia de la placa madre.

Con cada pico de reloj, el procesador ejecuta una acción que corresponde a su vez a una instrucción o bien a una parte de ella. La medida CPI (Cycles Per Instruction o Ciclos por Instrucción) representa el número promedio de ciclos de reloj necesarios para que el microprocesador ejecute una instrucción. En consecuencia, la potencia del microprocesador puede caracterizarse por el número de instrucciones por segundo que es capaz de procesar. Los MIPS (millions of instructions per second o millones de instrucciones por segundo) son las unidades que se utilizan, y corresponden a la frecuencia del procesador dividida por el número de CPI.

¿Cómo lo hace?

Hay diferentes aspectos de los procesadores que analizar como lo son las instrucciones, la memoria, y las señales de control.

Una instrucción es una operación elemental que el procesador puede cumplir.. Las instrucciones se almacenan en la memoria principal, esperando ser tratadas por el procesador. Las instrucciones poseen dos campos:

• el código de operación, que representa la acción que el procesador debe ejecutar;

• el código operando, que define los parámetros de la acción. El código operando depende a su vez de la operación. Puede tratarse tanto de información como de una dirección de memoria.

Código de Operación Campo de Operación

El número de bits en una instrucción varía de acuerdo al tipo de información (entre 1 y 4 bytes de 8 bits).

Las instrucciones pueden agruparse en distintas categorías. A continuación presentamos algunas de las más importantes:

• Acceso a Memoria: acceso a la memoria o transferencia de información entre registros.

• Operaciones Aritméticas: operaciones tales como suma, resta, división o multiplicación.

• Operaciones Lógicas: operaciones tales como Y, O, NO, NO EXCLUSIVO, etc.

• Control: controles de secuencia, conexiones condicionales, etc.

Registros

Cuando el procesador ejecuta instrucciones, la información almacena en forma temporal en pequeñas ubicaciones de memoria local de 8, 16, 32 o 64 bits, denominadas registros. Dependiendo del tipo de procesador, el número total de registros puede variar de 10 a varios cientos.

Los registros más importantes son:

• el registro acumulador (ACC), que almacena los resultados de las operaciones aritméticas y lógicas;

• el registro de estado (PSW, Processor Estado: Word o Palabra de Estado del Procesador), que contiene los indicadores de estado del sistema (lleva dígitos, desbordamientos, etc.);

• el registro de instrucción (RI), que contiene la instrucción que está siendo procesada actualmente;

• el contador ordinal (OC o PC por Program Counter, Contador de Programa), que contiene la dirección de la siguiente instrucción a procesar;

• el registro del búfer, que almacena información en forma temporal desde la memoria.

Memoria caché

La memoria caché (también memoria buffer) es una memoria rápida que permite reducir los tiempos de espera de las distintas informaciones almacenada en la RAM (Random Access Memory o Memoria de Acceso Aleatorio). En efecto, la memoria principal del ordenador es más lenta que la del procesador. Existen, sin embargo, tipos de memoria que son mucho más rápidos, pero que tienen un costo más elevado. La solución consiste entonces, en incluir este tipo de memoria local próxima al procesador y en almacenar en forma temporal la información principal que se procesará en él. Los últimos modelos de ordenadores poseen muchos niveles distintos de memoria caché:

• La Memoria caché nivel 1 (denominada L1 Cache, por Level 1 Cache) se encuentra integrada directamente al procesador. Se subdivide en dos partes:

• la primera parte es la caché de instrucción, que contiene instrucciones de la RAM que fueron decodificadas durante su paso por las canalizaciones.

• la segunda parte es la caché de información, que contiene información de la RAM, así como información utilizada recientemente durante el funcionamiento del procesador.

El tiempo de espera para acceder a las memorias caché nivel 1 es muy breve; es similar al de los registros internos del procesador.

• La memoria caché nivel 2 (denominada L2 Cache, por Level 2 Cache) se encuentra ubicada en la carcasa junto con el procesador (en el chip). La caché nivel 2 es un intermediario entre el procesador con su caché interna y la RAM. Se puede acceder más rápidamente que a la RAM, pero no tanto como a la caché nivel 1.

• La memoria caché nivel 3 (denominada L3 Cache, por Level 3 Cache) se encuentra ubicada en la placa madre.

Todos estos niveles de caché reducen el tiempo de latencia de diversos tipos de memoria al procesar o transferir información. Mientras el procesador está en funcionamiento, el controlador de la caché nivel 1 puede interconectarse con el controlador de la caché nivel 2, con el fin de transferir información sin entorpecer el funcionamiento del procesador. También, la caché nivel 2 puede interconectarse con la RAM(caché nivel 3) para permitir la transferencia sin entorpecer el funcionamiento normal del procesador.

Señales de Control

Las señales de control son señales electrónicas que orquestan las diversas unidades

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