tema 1 microprocesadores

Un microprocesador, también conocido como procesador, micro, chip o microchip, es
un circuito lógico que responde y procesa las operaciones lógicas y aritméticas que
hacen funcionar a nuestras computadoras. En definitiva, es su cerebro.
Pero un procesador no actúa por propia iniciativa, recibe constantemente órdenes de
múltiples procedencias. Cuando encendemos nuestra computadora, lo primero que hace
el micro es cumplir con las instrucciones de la BIOS (basic input/output system), que
forma parte de la memoria de la computadora. Una vez funcionando, además de la
BIOS, será el sistema operativo y los programas instalados los que seguirán haciéndose
obedecer por el microprocesador.
Los microprocesadores también se utilizan en otros sistemas informáticos avanzados,
como impresoras, automóviles o aviones. En 1995 se produjeron unos 4.000 millones de
microprocesadores en todo el mundo.
Los microprocesadores modernos incorporan hasta 10 millones de transistores (que
actúan como amplificadores electrónicos, osciladores o, más a menudo, como
conmutadores), además de otros componentes como resistencias, diodos, condensadores
y conexiones, todo ello en una superficie comparable a la de un sello postal.
El nacimiento de un procesador.
Antes de que naciera el primer procesador, tuvo que crearse el transistor: unos diminutos
interruptores electrónicos que permiten descomponer toda instrucción informática en los
famosos ceros y unos. El primer transistor nació en 1947 en los laboratorios Bell y,
además de conseguir un premio Nobel para sus creadores, dio la puntilla a las
computadoras basadas en interruptores mecánicos y tubos de silicio.
El segundo gran paso fue crear un circuito, que empleaba dos transistores sobre un
cristal de silicio. Este segundo avance, en el que participó el que sería cofundador de
Intel Robert Noyce, tuvo lugar más de diez años después, en 1958.
El tercer y definitivo avance supuso la creación del primer procesador rudimentario en
1961. Cuatro años más tarde el procesador más complejo apenas contaba con 64
transistores. Pero el crecimiento fue extraordinario: el primer procesador comercial fue
distribuido por Intel en 1971 y ya contaba con la friolera de 2.300 transistores. Un
prodigio entonces pero que se queda en nada comparado con los cerca de 30 millones
que cuenta un Pentium II de andar por casa.
La tecnología de creación de microprocesadores ya está llegando a su tope. Cada vez
son más diminutos, más rápidos, más complejos de fabricar... Precisamente por ello se
lleva hablando desde hace tiempo de nuevos tipos de micros revolucionarios. Las
tecnologías más prometedoras son las que apuestan por la nanotecnología
(computadoras moleculares), que parece la más viable, y por la integración de elementos
biológicos.
Funcionamiento
El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios en la
memoria principal. La ejecución de las instrucciones se puede realizar en varias fases:
PreFetch, Pre lectura de la instrucción
Fetch, envío de la instrucción al decodificador.
desde
la
memoria
principal.
Decodificación de la instrucción, es decir, determinar qué instrucción es y por tanto qué
se debe hacer.
Lectura de operandos (si los hay).
Ejecución, Escritura de los resultados en la memoria principal o en los registros.
Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU, dependiendo de la
estructura del procesador, y concretamente de su grado de segmentación. La duración de
estos ciclos viene determinada por la frecuencia de reloj, y nunca podrá ser inferior al
tiempo requerido para realizar la tarea individual (realizada en un solo ciclo) de mayor
coste temporal. El microprocesador se conecta a un oscilador, normalmente un cristal de
cuarzo capaz de generar pulsos a un ritmo constante, de modo que genera varios ciclos
(o pulsos) en un segundo.
Su funfionamiento se puede explicar en los siguientes pasos:
1º Lee una instrucción: Los programas están compuestos por instrucciones y datos. Las
primeras indican al procesador qué tareas deben realizarse con los datos de éstas. Un
ejemplo de una instrucción es: la suma de A mas B (siendo A y B unos datos).
Y el primer paso es la lectura de esos datos.
2º Lee los datos asociados a esa instrucción: Se analizan los datos que se van a procesar,
y estos pueden estar o no en la memoria.
3º Procesa la información, y escribe los datos en la memoria: Se realiza la operación
matemática y dependiendo de la instrucción, el resultado se puede escribir en la
memoria, o guardarse dentro del procesador para un uso posterior.
4º Pasa a la siguiente instrucción: El caso normal es pasar a la siguiente instrucción, pero
puede darse el caso en el que esta siguiente instrucción ordene repetir las anteriores
hasta que se de con el resultado que se busca.
Características
Ancho de banda: número máximo de bits que se pueden transmitir simultáneamente
tanto por los buses internos como por los externos. Los primeros microprocesadores
eran de 8 y 16 bits, aunque actualmente manejan datos de entre 64 y 128 bits.
Espacio de memoria direccionable: El tipo de procesador limita la cantidad máxima de
memoria RAM y caché que se puede instalar en el PC
Velocidad o Frecuencia (interna y externa): se refiere tanto a la velocidad de proceso de
los datos en el interior del micro (frecuencia interna) como a la velocidad a la que se
transmiten los datos a otros componentes (frecuencia externa). Esta velocidad se mide
en megahercios (Mhz) o Gigahercios (Ghz) y ha evolucionado desde los 12 Mhz de los
primeros micros a los 3 Ghz de los más modernos. La velocidad interna suele ser mucho
mayor que la externa.
Pipeline: capacidad de ejecutar más de una instrucción por ciclo, es decir, que antes de
terminar una instrucción, el micro sea capaz comenzar a procesar otras
Componentes de un Microprocesador
Las computadoras han evolucionado considerablemente, de modo que a partir del 2010,
todos los componentes del procesador se empaquetan en un circuito integrado, el cual se
llama microprocesador y realiza todas las funciones de la computadoras de forma
simultánea. Al interior del microprocesador existen diferentes partes y cada una tiene
una función específica.
El coprocesador matemático: Correctamente la FPU (Unidad de coma flotante). Que
es la parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos, antiguamente
estaba en el exterior del micro en otro chip. Esta parte esta considerada como una parte
“lógica” junto con los registros, la unidad de control, memoria y bus de datos.
Unidad aritmética lógica
Las unidades lógicas aritméticas (ALU) en los microprocesadores permiten a las
computadoras sumar, restar, multiplicar, dividir y realizar otras operaciones lógicas a
altas velocidades. Gracias los ALU avanzados, los modernos microprocesadores y las
GPU (Unidades de Proceso Gráfico) son capaces de realizar operaciones muy
complicadas de números grandes de coma flotante.
Unidad de control (uc).- Para efectuar una tarea la UC necesita conocer instrucciones e
informaciones adicionales que deberán tener en cuenta para coordinar la ejecución de
las instrucciones. Una computadora no emite todas las órdenes al mismo tiempo, sino
que sigue una determinada secuencia. La fase ó rapidez con que se ejecuta una
instrucción esta determinada por el reloj.
La unidad de control está formada, básicamente, por un elemento que interpreta la
instrucción (Decodificación) y varios elementos de memoria denominados
REGISTROS; Por la UC, deberá conocer cual es la dirección de la próxima instrucción
para poder ir a buscarla una vez que finalice la que se ejecuta, dicha dirección se guarda
en un registro llamado Contador de Programa (P.C.).
Los 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 esta diseñado para control del programador y hay
otros que no son diseñados para ser controlados por el procesador pero que CPU los
utiliza en algunas operaciones en total son treinta y dos registros.
Memoria caché
La memoria caché es un área en el CPU donde las copias de las instrucciones comunes
que se requieren para realizar funciones y ejecutar programas son almacenadas
temporalmente. Puesto que el procesador tiene su memoria caché pequeña, puede
procesar datos más rápido y con mayor rapidez que la lectura y escritura a la memoria
principal del sistema. Los tipos de memoria de los microprocesadores son ROM (sólo
lectura) y RAM (acceso aleatorio).
La memoria: Es el lugar donde el procesador encuentra sus instrucciones de programa
y sus datos. Tanto los datos como las instrucciones están almacenados en memoria, y el
procesador los toma de ahí. La memoria es una parte interna de la computadora y su
función esencial es proporcionar un espacio de trabajo para el procesador.
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.
Avances tecnológicos de los microcomputadores
adm e intel son los únicos dos tipos de chips que abarcan la diversidad en el mercado.
las características mas importantes son:
• números de núcleos: entre mas nucleo un microprocesador, mayor cantidad de
información sera procesada al mismo tiempo.
• memoria cache: es una memoria ultrarrapida utilizada por el microprocesador.
• bus de datos frontal: un bus son lineas (cables), trazadas sobre una placa, y se encarga de
transporte de diferentes tipos de información.
• velocidad del procesador: se mide en megahertz o en gigahertz .
• consumo de energía: mencionare los diferentes tipos de procesador actuales
intel celeron
el equipo portátil: es apta para las necesidades informáticas básicas como procesar
textos.
características
• 64 bits del proceso
•
•
•
•
1mb de memoria cache
bus de datos frontal de 800 mshz
un procesador con velocidad de hasta 2.2 ghz
ahorra energía de acuerdo con las normas establecidas
intel core 2 duo
el equipo portátil y computadora de escritorio: este procesador brinda el desempeño
necesario para ejecutar múltiples tareas al mismo tiempo.
características:
• memoria 2 nucleos de procesamiento
• memoria cache de 2mb hasta 6mb
• bus total frontal. en este caso,dependiendo el numero de procesador, el ancho de banda
puede ser de 533 mhz, 800 mhz a 1066 mhz.
intel core 2 quad
equipo portátil y computadora de escritorio: fue diseñado con el fin de que su
desempeño sea procesar entretenimientos como : videojuegos de alto nivel, editar
vídeos, fotografías, reproducir películas y musica.
características:
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•
4 núcleos
memoria cache de 4 mb, 6mb y 12 mb
bus de datos frontal de 800 mhz y 1066 mhz
procesadoir con velocidad de 2.53 ghz, 2,60ghz,2.80ghz y 3.06 ghz
intel core i3
este microprocesador utiliza la tecnología hyper thereading.
características:
• procesador de dos núcleos
• memoria cache de 3mb
• velocidad ddr3 de 800mhsz hasta 1066mhz. ddr3 es la habilidad de hacer trasferencia de
datos ocho veces mas rapido.
• procesador con velocidad de 2.13ghz y 2.2ghz.
intel core i5
es para uso cotidiano, es posible trabajar en dos tareas a la vez, y tienen la capacidad de
aumentar su velocidad.
características:
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•
•
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posee 4 vías con impulso de velocidad.
8mb de memoria cache
velocidad ddr3 de 1333 mshz
procesador con velocidad de 2.53 ghz
intel core i7
es apropiada para editar vídeos y fotografías, divertirse con juegos y por supuesto trabaja
en varios al tiempo.
características:
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•
•
posee un núcleo
memoria cache de 4mb, 6mb y 8mb
velocidad ddr3 de 800mhz, 1066 mghz y 1333 mgz
procesador con velocidad de 3.06 ghz, 2.93 ghz y 2.66 ghz por núcleo.
intel atom
se puede realizar las operaciones básicas, como escribir textos y navegar por internet
desde cualquier sitio.
características:
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•
•
•
posee un núcleo
memoria cache de 512kb
un bus de datos frontal de 667 mhz
velocidad del procesador de 1.66 mhz
amd phenom II: X3 Y X4
es ideal para entretenimientos en alta definición como, juegos, editar vídeo y fotografía.
características:
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•
esta formando de tres a 4 núcleos
memoria cache de 4mb y 6 mb
un bus de datos frontal de 1066 mhz
32 y 64 bits de proceso.
amd athlon II x2
convierte de una manera rápida la musica y los vídeos a otros formatos.
características:
• posee 2 núcleos
• memoria cache de 2mb
• 32 y 64 bits de proceso.
amd semprom
es capaz de realizar varias tareas a la vez, ideal para la reproducción de vídeo y musica.
características:
• memoria ddr2 de 2gb, expandible hasta 4gb, esta memoria es la que permite llevar a
cabo varias tareas al mismo tiempo.
• tiene una memoria cache l2 de 512 kb
• un bus de datos frontal de 1600 mhz
• velocidad del procesador de hasta 2.3 ghz